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带你读《企业数字化基石-阿里巴巴云计算基础设施实践》第三章数据中心能效3.2数据中心服务器电能利用率(一)

简介: 《企业数字化基石-阿里巴巴云计算基础设施实践》第三章数据中心能效3.2(一)

3.2  数据中心服务器电能利用率

PUE很重要,但是低的 PUE 并不代表数据中心能效高,例如数据中心温度提升,IT设备的耗电量(风扇等部件消耗)增加,PUE会降低,但是整个数据中心能效会变得更差 ;所以引入了 SPUE的概念,其关联因素主要包括 IT设备的散热系统、IT设备的电源系统,以及IT 设备的单位能力的电力消耗量(每TB 存储、每 GB 读写次数、每 GHz 计算量的电能消耗量)。

3.1.1 服务器电源的能效

随着服务器计算能力的提升,高功耗 CPU的使用、GPU应用场景的增加,都加大了服务器的整机功耗,直接导致电费支出在数据中心日常费用的占比越来越高。从服务器的供电设计看,提高 PSU和单板电源的转化效率、减少电源的传输损耗,将有利于减少服务器能耗,节省数据中心电费开支。

PSU

PSUPowerSupplyUnit)的效率当前已经发展到钛金级别,钛金电源在50%负载以下的供电效率比铂金电源提高   2%,并且低载效率的提高也符合服务器集群的应用。

以 400W 的服务器、800W的 PSU来说,更换成钛金电源后,每台服务器可以节省 8.8W 的功耗,1年节省 77 度电,10万台设备 年可以节省 770 万度电。在 PSU功耗小于 50% 的情况下,钛金 PSU效率提高更多,能够减少更多的电费开支。

单板 DCDC电源

服务器的电源消耗主要在 CPU和内存上,CPU供电 VRM主要向动态节能和效率提升的方向发展。

•    动态节能技术VRD厂商都在应用新的动态节能技术,此技术能够随着CPU应用功耗的减小,关闭开关电源的相数达到减小损耗的目的。目前在CPU的使用中,在开启动态节能后,CPU功耗在 150W 以内,电源效率可以明显提高。

•   VRD效率提升 VRD技术主要往小体积、高密度、高集成的方向发展。但是受限于硅 MOS的开关损耗,整体的效率无法明显提高。VRD的效率进一步提高依赖于半导体新技术的突破。就目前来说,600kHz的开关频率可以达到效率和性能的最优,方案上配合新的 Drmos和低 DCR电感,在整体的 VRD效率上可以达到94% 左右。目前阿里的雷神项目使用的就是这套方案。

•    VRD 电源的控制方式:逐步都使用数字电源的方案,增加电源配置的灵活性。

 

VRD的技术和 Intel的 VRD规范同步实施,当前 VRD规范发展到 VR13,在整体效率设计和节能设计上也达到了新的高度。基于Purley平台的雷神项目就是按照 VR13 规范完成设计的。

服务器单板 48V供电

提到单板供电方案,就不得不提 Google在单板 48V供电方面的研究和应用。Google的 48V方案主要配合机柜整体使用,在服务器单板上当前主要针对 CPU/内存供电采用 48V方案。因为从服务器耗电分布上,超过 80%的电量消耗在 CPU和内存上,这方面的效率提升直接影响到服务器整机的效率表现。图 3-11和表 3-2、表 3-3均引用自谷歌开发计算机峰会简报,即 TheDatacenterasaComputer(作者 :路易斯 • 安德烈 • 巴罗佐、吉米 • 克里达拉斯、乌尔斯• 霍尔兹勒)。

 

服务器在峰值负载时CPU和DRAM内存提升消耗的功率超过80%

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首先,PSU改成 48V输出后,PSU的效率可以提升,对比的数据参考如表 3-2所示。

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其次,综合了 PSU和单板电源的效率数据对比数据计算基于整机 600W 功耗),在使用 48V供电后,整机的电源转换效率可以提高 1.5%。换算后单机功耗可以减少 11.5W。按照 10 万台运行 1年,预估可以节省电量 1000 万度。

表 3-348V整体效率提升

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虽然 48V的应用可以带来服务器电源整体效率的提高,但是服务器的周边设备大部分都是 12V供电,比如 PCIe设备、硬盘(存储设备。解决这类问题需要一定的时间,对当前来说,48V的系统应用在 CPU计算节点服务器上可以得到比较好的效率改善,但是在 GPU和存储型节点上,48V的系统应用需要综合 TCO整体考虑。

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