探索这些提升数据中心能源效率的新选项
作者:杰里米·库克
数据中心消耗了大量的电力。对于我们习以为常的现代信息便利性而言,这种消耗是一个合理的权衡。然而,由于国际局势不稳定和通货膨胀导致能源价格大幅上涨,这使得服务器运营商开始密切关注其系统的电力使用情况。
除了降低成本以外,减少能源使用还具有更难以量化但同样重要的声誉方面的益处。那么问题就变成了:"数据中心如何提高它们的效率?"
这些想法可能会帮助您从服务器中挖掘出更多的效率。
数据中心处理器(x86 与 ARM)
ARM处理器在历史上并不常见于服务器角色中。但因其电能效率高和物理集成设计而备受推崇的ARM架构(在智能手机市场中占据主导地位),如今在通用计算和服务器角色中也日益普及。最著名的通用计算示例是苹果的M1到M3处理器,这些处理器相较于目前更广泛使用的x86设备具有许多优势。
虽然x86架构仍然是当今服务器中使用的主要架构,但ARM允许实现高度集成的硬件设计,从而提供出色的能效比。目前采用ARM的公司包括:
- Ampere(安培):半导体设计公司Ampere专注于基于ARM架构的高效、高性能云解决方案。其旗舰产品AmpereOne处理器系列于2023年5月发布,最多支持192个计算核心,能够应对极为苛刻的应用需求。基于ARM架构的Ampere解决方案已被证明在性能方面优于x86设计,同时降低了功耗和机架空间要求。
- 英伟达 (NVIDIA):英伟达于2023年8月发布的基于ARM架构的GH200 Grace Hopper计算平台“旨在用更少的资源完成更多任务。” 该平台在两个CPU芯片上实现了144个ARM核心,并包含900 GB/s的芯片对芯片互连。这一系统满足了数据中心日益增长的需求,同时将每瓦的计算性能大致提高了一倍。
尽管潜在的性能提升令人振奋,使用ARM架构仍然存在一些缺点,包括可用的软件选项比x86处理器少。多年来,x86 一直是标准——许多服务器和通用计算应用程序都是为其编写的。虽然x86模式仍然是一个具有吸引力的选项,但如果能效是重中之重,那么ARM架构值得重新考虑。它可能从一种小众的服务器选项发展为更主流的选择。
电源效率
典型的电源将交流电(例如120VAC)转换/降压为计算机使用的12VDC、5VDC和3.3VDC。这种转换/逆变固有地会导致能量损耗,但损耗的程度取决于电源的质量。幸运的是,电源的性能已经得到了提升。其效率通过“80 Plus”评级来表示。“80 Plus”这一名称最初在2004年计划启动时,指的是转换效率达到80%或更高。随着电源技术的改进,这一标准被扩展为用不同的颜色来指示其效率相较于80%的提升程度。
对于从115伏进行转换/反向转换,以下是一些80 Plus评级:
- 80 Plus White(标准):在其运行范围内的效率至少为80%。
- 80 Plus 金牌认证:在20%负载时效率至少为87%,在50%负载时效率为90%,在100%负载时效率为87%。
- 80 Plus Titanium:在10%负载时效率至少为90%,在20%负载时效率为92%,在50%负载时效率为94%,在100%负载时效率为90%。
从成本/效益的角度来看,系统设计者必须考虑哪种电源效率最适合其用途。例如,80 Plus Gold 电源在 50% 负载时的效率为 90%,因此,如果需要在以最佳效率运行的大功率 Gold 电源和在 100% 负载时以 90% 效率运行的小功率 Titanium 电源之间进行选择,那么 Gold 电源可能是更可取的选择。在这种情况下,Gold 电源还可以为未来可能的更高功率应用提供空间,尽管效率可能会较低。
48V直流数据中心电源管理选项
如前所述,服务器传统上使用交流电 (AC) 供电,这种电源经过降压和逆变后得到 12V 直流电 (DC),用于为处理器、内存 (RAM) 和其他计算组件供能。系统设计人员长期以来一直在考虑所使用的交流电类型(例如,120VAC 与更高电压的比较),但一种较新的趋势是使用 48VDC 进行电力分配,然后在更接近使用点的位置将其降压为 12VDC。与从 120VAC 完全降压/逆变相比,48VDC 方法提供了更为平滑的过渡,并且从电力效率和系统密度的角度来看可能更高效。
提高数据中心冷却能源效率的创新解决方案
服务器会产生大量需要排出的热量。电源供应和48VDC分配提供了提高效率的选项,这可能意味着更少的热量产生。可以考虑采用1U服务器机架配置与更宽敞的2U设计之间的选择。2U设计提供了更多的冷却空间,以及可能更大和更高效的组件,尽管实际冷却和效率的提升取决于具体的实现方式。
服务器会产生大量需要排出的热量。电源和48V直流配电提供了提高效率的选择,这可能意味着减少热量的产生。可以考虑选择1U服务器机架配置或更宽敞的2U设计。2U设计为散热提供了更多空间,并能够容纳更大且可能更高效的组件,不过具体的实现方式将决定实际的散热效果和效率收益。
数据中心效率选项
随着电价的上涨,不断涌现出新的解决方案,例如48V直流电源分配和超高效电源。创新的解决方案和经过验证的数据中心能源最佳实践通常需要资本投入。不过,随着能源价格的上升和环境问题的关注,购买新设备变得更容易被接受,这不仅有助于改善公司的财务表现,还能提升其声誉。
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