直流供电成数据中心节能新选择

刘　琦

数据中心设备都会存在交流与直流多次转换造成的电力损耗，而采用全新的直流供电方式，可极大地提高效率，有效减少能源消耗，并且可以提高可靠性，增加设备寿命。这项结果由美国能源部下属国立研究机构劳伦斯·伯克利国家实验室研究证实。

算算紧张的能源账

数据中心是网络主干，为互联网节点及其数据库提供数据存储，并且为每个大型公司和组织提供强大支持。而能源和冷却需求的快速增长，以及电力成本的增加已经成为运营者亟待解决的问题。在数据中心一天24小时、一周七天不间断的运行过程中，高密度的耗能设备应该予以特别注意。

“相比于一栋典型的办公建筑，数据中心在每单位面积上的电力能耗约为后者的100倍，” 美国伯克利实验室研究员William Tschudi说，“对于那些需要兆瓦级电力的大型数据中心，每月有100万美元的能源支出是很常见的事情。”

网络规模快速增长、网络办公需求增加以及逐渐增强的服务器功能等诸多因素，促进了数据中心及其能源消耗的快速增长。设备管理人员、企业信息服务部门以及互联网服务提供者都在寻找能够减少能源消耗的途径。

何不试试直流供电

对于设备设计者和管理者来说，很多方法都可以降低能耗，比如优化气流以充分利用冷却系统，提高冷却系统效率，或将其改为液冷方式等。直流供电是提升能源效率的另一种方法。在典型的数据中心中，配电系统向变压器提供480V交流电，变压器将其降到208V交流电供给服务器。

每个服务器内的相关设备会将外部电压转换成适当的电压，而此类供电通常效率不高，而且会产生过多热量。一般来讲，每台服务器都需要额外的大量电量对其制冷，这使机房空调系统的电力消耗剧增。更多释放的热能也会限制数据中心中存放服务器的数量，如果处理不当还会影响稳定性。

市场上的一些服务器可以运行在直流电源上，通常是48 V直流电，这也是电信业标准。采用直流供电的数据中心把高压交流电直接转换成高压直流电，然后把高压直流电降为低压直流电。通过跳过或加强转换的过程，该方案能够节省20%的电力损耗。

然而，因为很多设备工程师并不熟悉这项技术，在许多数据中心中，用直流电源替代传统的交流电源的做法还没有被广泛采用。Ultraspeed公司的财务主管Jordan Gross说：“IT用户应该意识到，他们可以通过添加一些特性和功能达到降低能耗的目的。虽然直流电源与生俱来的稳定性与效率已经被企业熟知多年，但目前却仅有极少数的大型公司实际采用直流电源。”很显然，企业在转向对安全性、经济性以及可靠性缺乏实际验证的新技术时会持保守态度。

试验证实效果显著

进行直流供电试验的应用团队来自美国伯克利实验室的EET部门，主要解决尚未成为市场主流的高效率低能耗技术。采用直流供电的数据中心对于这个应用团队来说是一项理想的技术，它有着很大的潜力及优势，比如安全性、低维护和操作成本等。

此次项目涉及Sun、Cisco、Intel、IBM等数十家IT企业以及销售直流供电技术的企业，参与者以及加州能源委员会组成鉴定小组，评价此次试验的结果，比较传统方式与直流供电方式两者对数据中心性能影响的异同。

在试验过程中，研究人员在Sun的设备内部设置了在380V直流电压下工作的Sun服务器群和配备英特尔微处理器的服务器群。以直流供电，可减少所需的多台电力转换设备。另外，作为比较对象，还同时运行了配置相同，利用普通交流电运行的服务器群。该项目分为两部分，一部分从设备层面展示直流供电的结构，提供380V的直流电。另外一部分对机架层进行直流供电，机架内部供给380V的电压。

试验结果表明，尽可能减少数据中心内部各设备之间的能源转换次数，从而降低能耗的做法是可行的。通过使用直流供电方式取代交流供电，可以消除电力转换中所导致的无谓损耗，以这种方式运行数据中心，可以减少10%至20%的能源消耗，并且能够提高可靠程度。位于Newark的实验中心给出的初步测量证明了这个估计的准确度。据推算，通过消除目前进行的交直流转换过程，每台服务器的耗电量至少可减少9.34％。