الدور الحاسم لمزود الطاقة في البنية التحتية للخوادم
وحدة تزويد طاقة الخادم (PSU) هي البطل المجهول في أي مركز بيانات أو بيئة تكنولوجيا المعلومات. في حين أن وحدات المعالجة المركزية والذاكرة غالبًا ما تسلط عليها الأضواء، فإن وحدة تزويد الطاقة هي المكون الأساسي الذي يحدد موثوقية الخادم وتكلفة تشغيله وحتى بصمته الحرارية. يمكن لوحدة PSU دون المستوى المطلوب أو المحددة بشكل غير صحيح أن تؤدي إلى عدم استقرار النظام ووقت تعطل غير متوقع ونفقات طاقة متضخمة. وعلى العكس من ذلك، تضمن الوحدة المختارة بشكل جيد توفير طاقة متسقة وفعالة وحماية العمليات الحيوية والمساهمة في خفض التكلفة الإجمالية للملكية (TCO).
اختيار وحدة PSU المناسبة هي عملية متعددة الأوجه تتجاوز مجرد مطابقة رقم القوة الكهربائية. فهي تنطوي على تقييم دقيق لمتطلبات الطاقة وتقييمات الكفاءة واحتياجات التكرار والتوافق المادي. يوفر هذا الدليل إطار عمل احترافي للتنقل بين هذه الاعتبارات لتحديد مصدر الطاقة المثالي للبنية التحتية الخاصة بخادمك.
العامل الرئيسي 1: حساب متطلبات استهلاك الطاقة
الخطوة الأولى والأكثر أهمية هي تحديد ميزانية طاقة الخادم بدقة. ويتطلب ذلك جمع الحد الأقصى لسحب الطاقة لجميع المكونات الداخلية، بما في ذلك وحدة (وحدات) المعالجة المركزية ووحدات الذاكرة (وحدات DIMM) ومحركات أقراص التخزين (محركات أقراص SSD/محركات أقراص التخزين الثابتة/محركات الأقراص الصلبة) وبطاقات واجهة الشبكة (NICs) وأي بطاقات وحدة معالجة رسومات أو بطاقات تسريع.
نقص في التزويد, أو اختيار وحدة PSU ذات قوة كهربائية غير كافية، هو خطأ فادح. تحت الحمل، سوف يفشل الخادم في الإقلاع أو يتعرض لإيقاف التشغيل المفاجئ عند تشغيل حماية التيار الزائد لوحدة PSU. وهذا يؤدي إلى تعطل غير مقبول.
الإفراط في التوفير, على الرغم من أنه يبدو خيارًا أكثر أمانًا، إلا أنه يقدم مجموعة من أوجه القصور الخاصة به. كما سيتم مناقشته، تعمل وحدات الإمداد بالطاقة بأقصى كفاءة عندما تكون تحت نسبة تحميل محددة. ستعمل وحدة تزويد الطاقة كبيرة الحجم بشكل كبير عند نقطة أقل وأقل كفاءة على المنحنى الخاص بها، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة وتوليد حرارة زائدة.
أفضل الممارسات:
استخدم حاسبات إمدادات الطاقة عبر الإنترنت التي توفرها الشركات المصنعة للخوادم مثل Dell أو HPE أو شركات تكامل الأنظمة مثل Supermicro. تتيح لك هذه الأدوات إدخال التكوين الدقيق للخادم الخاص بك والحصول على تقدير دقيق لاستهلاك الطاقة. ضع في الحسبان دائمًا قابلية التوسع المستقبلي؛ إذا كنت تخطط لإضافة المزيد من محركات الأقراص أو وحدة معالجة مركزية ثانية، فضع ذلك في الحسبان في حساباتك الأولية.
العامل الرئيسي 2: فهم تصنيفات كفاءة الطاقة (شهادة 80+)
كفاءة الطاقة هي مقياس لمدى فعالية وحدة PSU في تحويل طاقة الدخل من التيار المتردد من الحائط إلى طاقة خرج تيار مستمر لمكونات الخادم. يتم فقدان الفرق كحرارة مهدرة. معيار الصناعة لقياس ذلك هو برنامج شهادة 80 بلس.
فك رموز فئات الـ 80+ من الذهب إلى التيتانيوم
يحتوي برنامج 80 Plus على عدة مستويات، يتطلب كل منها مستوى أعلى من الكفاءة. بالنسبة لبيئات المؤسسات ومراكز البيانات، فإن المستويات الأكثر ملاءمة هي المستوى الذهبي والبلاتيني والتيتانيوم.
| مستوى شهادة 80 بلس | حمولة 10% | تحميل 20% | الحمل 50% (كفاءة الذروة) | 100% تحميل 100% |
|---|---|---|---|---|
| 80 بلس جولد | غير متاح | 90% | 92% | 89% |
| 80 بلاتينيوم بلس 80 بلس | غير متاح | 92% | 94% | 91% |
| تيتانيوم 80 بلس تيتانيوم | 90% | 94% | 96% | 94% |
| (ملحوظة: أرقام الكفاءة الموضحة هي لمصادر الطاقة الداخلية غير الاحتياطية في الاتحاد الأوروبي بجهد 230 فولت. قد تختلف القيم قليلاً بالنسبة للجهود والأنواع الأخرى). |
كما يوضح الجدول، فإن وحدة PSU المصنفة من التيتانيوم أكثر كفاءة بكثير من تلك المصنفة بالذهب، خاصةً عند الأحمال المنخفضة والعالية. تُعد شهادة Titanium فريدة من نوعها من حيث أنها تفرض أيضًا قياس الكفاءة عند حمل خفيف جدًا يبلغ 10%، مما يعكس أعباء عمل الخادم الحديثة التي غالبًا ما تكون خاملة.
منحنى الكفاءة وتأثيره على التكلفة الإجمالية للملكية
لا تحافظ وحدة PSU على نفس الكفاءة عبر نطاق تشغيلها بالكامل. تبلغ الكفاءة ذروتها حوالي 50-60% من السعة المقدرة للوحدة وتنخفض عند الأحمال المنخفضة جدًا أو العالية جدًا. هذا هو السبب في أن “الحجم المناسب” لوحدة PSU أمر بالغ الأهمية. ستكون وحدة PSU بقدرة 800 واط التي تشغل حمولة 400 واط (سعة 50%) أكثر كفاءة من وحدة PSU بقدرة 1600 واط التي تشغل نفس الحمولة بقدرة 400 واط (سعة 25%).
الأثر المالي التراكمي لزيادة الكفاءة كبير في بيئة متعددة الخوادم.
وفورات افتراضية في التكلفة السنوية (لكل خادم):
الافتراضات: حمولة ثابتة 400 واط، تشغيل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، $0.15/كيلوواط/ساعة تكلفة الكهرباء.
| مواصفات PSU | الكفاءة عند 400 واط | طاقة الإدخال المطلوبة | تكلفة الطاقة السنوية | المدخرات السنوية مقابل الذهب |
|---|---|---|---|---|
| 800 واط ذهبي | ~92% | 434.8 W | $571.31 | (خط الأساس) |
| 800 واط بلاتينيوم | ~94% | 425.5 W | $559.13 | $12.18 |
| 550 واط تيتانيوم 550 واط | ~961 تيرابايت 3 تيرابايت 3 تيرابايت 3 تيرابايت 3 تيرابايت تقريبًا (عند حمولة 731 تيرابايت 3 تيرابايت 3 تيرابايت 3 تيرابايت تقريبًا) | 416.7 W | $547.53 | $23.78 |
على الرغم من أن التوفير لكل خادم قد يبدو متواضعاً، إلا أن مضاعفة ذلك عبر رف مكون من 20 خادماً ينتج عنه توفير سنوي يبلغ $500 تقريباً من خلال اختيار وحدة تزويد الطاقة Titanium PSU ذات الحجم الصحيح بدلاً من الوحدة الذهبية. هذا لا يأخذ في الحسبان حتى التوفير الثانوي الناتج عن انخفاض متطلبات التبريد بسبب انخفاض الحرارة المهدرة.
العامل الرئيسي 3: التكرار للتشغيل غير المتقطع
بالنسبة لأي خادم ذي مهام حرجة، فإن نقطة فشل واحدة غير مقبولة. وحدة تزويد الطاقة هي مكوّن ميكانيكي ذو عمر افتراضي محدود، مما يجعلها نقطة فشل شائعة. مصادر الطاقة الاحتياطية هي الحل.
ما هو مصدر الطاقة الاحتياطي؟
يحتوي الخادم المزود بوحدات تزويد طاقة زائدة عن الحاجة على وحدتي إمداد طاقة أو أكثر. في حالة فشل إحدى الوحدات، تتولى الوحدة (الوحدات) الأخرى على الفور الحمل الكامل، مما يضمن استمرار عمل الخادم دون أي انقطاع. يسمح ذلك لمسؤول النظام باستبدال الوحدة الفاشلة بينما يظل الخادم متصلاً بالإنترنت.
تكوينات التكرار الشائعة (N+1 مقابل N+N)
- التكرار N+1 هذا هو التكوين الأكثر شيوعاً. يمثل ‘N’ عدد وحدات PSU المطلوبة لتشغيل الخادم. “+1” هي الوحدة الإضافية الزائدة عن الحاجة. بالنسبة لمعظم الخوادم ذات المقبس المزدوج، هذا هو تكوين 1+1. تكون كلتا وحدتي PSU نشطتين وتتقاسمان الحمل (على سبيل المثال، 50/50). إذا فشل أحدهما، فإن الآخر يتولى على الفور 100% من الحمل.
- التكرار N+N: وهذا يوفر مسار طاقة زائد عن الحاجة بالكامل. على سبيل المثال، في تكوين 2+2، يمكن توصيل وحدتي PSU بشبكة طاقة واحدة (وحدة PDU A) والوحدتين الأخريين بشبكة طاقة منفصلة (وحدة PDU B). وهذا يحمي من فشل وحدة PSU وفشل دائرة طاقة كاملة.
وحدات PSU قابلة للتبديل السريع وإمكانية الصيانة
معظم وحدات PSU للخوادم الحديثة هي قابل للتبديل السريع. وهذا يعني أنه يمكن إزالة الوحدة الفاشلة وإدخال وحدة جديدة دون الحاجة إلى إيقاف تشغيل الخادم. هذه الميزة ضرورية للحفاظ على وقت تشغيل عالٍ وتبسيط الصيانة. غالبًا ما تتميز التصاميم من مصنعي المعدات الأصلية الرئيسيين مثل HPE وديل بآليات سهلة الوصول بدون أدوات للاستبدال السريع.
العامل الرئيسي 4: عوامل الشكل وتوافق الخوادم
وحدات PSU ليست ذات مقاس واحد يناسب الجميع. فهي تأتي بأشكال مادية ومعايير توصيل كهربائية مختلفة، والتي يجب أن تتطابق مع هيكل الخادم واللوحة الأم.
مزودات الطاقة ذات الفتحة المشتركة (CS) والفتحة المرنة (Flex Slot)
طوّر كبار بائعي الخوادم الرئيسيين عوامل الشكل الموحدة الخاصة بهم لاستخدامها عبر خطوط منتجاتهم. فعلى سبيل المثال, مزودات الطاقة ذات الفتحة المرنة من HPE تقديم تصميم كهربائي ومادي مشترك متوافق عبر خوادم ProLiant Gen10 و Gen11 وخوادم Apollo المحددة. يعمل ذلك على تبسيط مخزون قطع الغيار للمؤسسات التي تدير أسطولاً كبيرًا من أجهزة HPE.
التنسيقات المملوكة مقابل التنسيقات الموحدة (CRPS)
وبعيداً عن معايير البائع الواحد، اتجهت الصناعة نحو المعايير المفتوحة. و مصدر إمداد الطاقة الزائد المشترك (CRPS) تحدد المواصفات، التي تقودها شركات مثل Intel وDelta، عامل شكل مشترك (على سبيل المثال، عرض 73.5 مم) ومجموعة ميزات للاستخدام عبر منصات خوادم متعددة. وهذا يمنح العملاء المزيد من المرونة ويعزز المنافسة.
الأبعاد المادية (1U، 2U، إلخ)
يجب أن تتناسب أبعاد وحدة تزويد الطاقة مع هيكل الخادم. عادةً ما تكون وحدة PSU المصممة لخادم حامل 2U أطول من تلك المصممة لخادم مدمج 1U. من الضروري اختيار وحدة تزويد بالطاقة معتمدة خصيصاً لطراز الخادم المستهدف.
العامل الرئيسي 5: جهد الإدخال وبيئة مركز البيانات (تيار متردد مقابل تيار مستمر)
معايير طاقة التيار المتردد (110 فولت/120 فولت مقابل 200-240 فولت)
في حين أن العديد من وحدات PSU تدعم نطاقًا واسعًا من جهد الدخل (على سبيل المثال، 100-240 فولت تيار متردد)، إلا أنها تعمل بكفاءة أكبر عند الفولتية الأعلى. للحصول على نفس خرج الطاقة (P = V × I)، ينتج عن الجهد العالي (V) تيار أقل (I). نظرًا لأن فقدان الطاقة بسبب المقاومة يتناسب مع مربع التيار (P_loss = I²R)، فإن تشغيل الخوادم بجهد 208 فولت أو 240 فولت يقلل بشكل كبير من إهدار الطاقة مقارنةً بجهد 120 فولت. ولهذا السبب فإن معظم مراكز بيانات المؤسسات موصولة بأسلاك لتوصيل الطاقة ذات الجهد العالي.
ظهور طاقة التيار المستمر في مراكز البيانات الحديثة
تستخدم بعض مراكز البيانات فائقة النطاق ومراكز بيانات الاتصالات بنية تحتية لطاقة التيار المستمر. وعادةً ما تقبل وحدات PSU المصممة لهذه البيئة مدخلات تيار مستمر بجهد -48 فولت. يؤدي ذلك إلى التخلص من العديد من خطوات تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر داخل سلسلة توزيع الطاقة، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة الكلية. وعلى الرغم من أنه أقل شيوعًا في إعدادات المؤسسات النموذجية، إلا أنه خيار مهم للبيئات المتخصصة.
اتخاذ القرار النهائي
اختيار مصدر طاقة الخادم المناسب هو قرار استراتيجي يوازن بين الأداء والتكلفة والموثوقية. وتتضمن العملية ما يلي:
- حساب الحمولة القصوى للطاقة، بما في ذلك مساحة للزيادة.
- اختيار أعلى مستوى من الكفاءة 80+ (يفضل التيتانيوم) الذي تسمح به ميزانيتك.
- الحجم المناسب القوة الكهربائية لوحدة PSU للتأكد من أنها تعمل بالقرب من منحنى الكفاءة القصوى في ظل عبء العمل المعتاد.
- التنفيذ التكرار N+1 أو N+N لجميع الأنظمة الحرجة.
- التحقق أن عامل شكل وحدة تزويد الطاقة وأبعادها وموصلاتها متوافقة تمامًا مع طراز الخادم الخاص بك.
بعد تحديد هذه المواصفات الفنية، فإن الخطوة التالية هي تحديد مصدر المكوّن. يمكن الاعتماد على وحدة إمداد طاقة الخادم من مورد متخصص يضمن استيفاء المنتج لمعايير الجودة والتوافق الصارمة.
الأسئلة المتداولة (FAQ)
1. ما الفرق بين وحدة PSU للخادم ووحدة PSU للكمبيوتر المكتبي؟
صُممت وحدات PSU للخوادم لتحقيق الموثوقية وإمكانية الخدمة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. تشمل الاختلافات الرئيسية: دعم التكرار (الوحدات المزدوجة)، وعوامل الشكل القابلة للتبديل السريع، وتصنيفات كفاءة أعلى (عادةً ما تكون بلاتينية أو تيتانيوم)، وميزات الإدارة المتقدمة مثل PMBus للمراقبة عن بُعد. تكون وحدات PSU لسطح المكتب بشكل عام وحدات فردية غير قابلة للتبديل السريع مع نطاق أوسع من تصنيفات الكفاءة.
2. هل يمكنني مزج ومطابقة إمدادات الطاقة ذات القوة الكهربائية أو الطرازات المختلفة في خادم زائد عن الحاجة؟
لا يُنصح بذلك بشدة. على الرغم من أن بعض الأنظمة قد تعمل من الناحية الفنية، إلا أن خلط وحدات PSU يمكن أن يتسبب في سلوك موازنة حمل غير متوقع، وتعارضات في البرامج الثابتة، وفقدان الكفاءة. تم تصميم وحدة تحكم إدارة الطاقة في الخادم للعمل مع وحدات متطابقة. أفضل الممارسات هي استخدام وحدتي PSU متطابقتين دائمًا من نفس الشركة المصنعة والطراز.
3. في حالة فشل إحدى وحدات PSU في إعداد 1+1 زائد عن الحاجة، ماذا أفعل؟
سيستمر الخادم في العمل على وحدة PSU المتبقية. ستنشئ واجهة إدارة النظام (مثل iDRAC من Dell أو iLO من HPE) تنبيهاً يشير إلى الفشل. يجب استبدال وحدة PSU الفاشلة في أقرب وقت ممكن لاستعادة التكرار. نظرًا لأنها قابلة للتبديل السريع، يمكن القيام بذلك دون جدولة وقت التعطل.
المراجع
- مزودات طاقة الخادم HPE. مأخوذة من https://buy.hpe.com/us/en/options/power-supplies/server-power-supplies/c/3446193
- طاقة خادم دلتا للإلكترونيات. مأخوذة من https://www.deltaww.com/en-US/products/Server-Power/ALL/
- مزودات الطاقة للخوادم فائقة الصغر. مأخوذة من https://store.supermicro.com/server-accessories/power-supplies.html
- xByte Technologies، مزودات الطاقة لخوادم Dell للخوادم والتخزين. مأخوذة من https://www.xbyte.com/products?class=Power+Supplies&class_id=57
- ServerDiskDrives، “كيفية اختيار مصدر الطاقة المناسب لخادمك”. مأخوذة من https://serverdiskdrives.com/blogs/server-hardware/how-to-choose-the-right-power-supply-for-your-server
- XTT، مزود طاقة الخادم. مأخوذة من https://sz-xtt.com/server-power-supply/
