Le rôle essentiel de l'alimentation électrique dans l'infrastructure des serveurs

Le bloc d'alimentation (PSU) d'un serveur est le héros méconnu de tout centre de données ou environnement informatique. Alors que les processeurs et la mémoire occupent souvent le devant de la scène, le bloc d'alimentation est le composant fondamental qui détermine la fiabilité d'un serveur, son coût d'exploitation et même son empreinte thermique. Un bloc d'alimentation de qualité insuffisante ou mal dimensionné peut entraîner une instabilité du système, des temps d'arrêt imprévus et une consommation d'énergie excessive. À l'inverse, un bloc d'alimentation bien choisi garantit une alimentation électrique constante et efficace, préservant ainsi les opérations critiques et contribuant à réduire le coût total de possession (TCO).

Le choix d'un bloc d'alimentation adapté est un processus complexe qui ne se limite pas à la simple correspondance d'une puissance en watts. Il implique une évaluation minutieuse des besoins en alimentation, des rendements, des exigences en matière de redondance et de la compatibilité physique. Ce guide fournit un cadre professionnel permettant de prendre en compte ces différents aspects afin de sélectionner le bloc d'alimentation idéal pour votre infrastructure de serveurs spécifique.

Facteur clé n° 1 : Calcul des besoins en consommation électrique

La première étape, qui est aussi la plus fondamentale, consiste à déterminer avec précision la consommation électrique totale du serveur. Pour cela, il faut additionner la consommation électrique maximale de tous les composants internes, notamment le ou les processeurs, les modules de mémoire (DIMM), les disques de stockage (SSD/HDD), les cartes d'interface réseau (NIC) et toute carte graphique ou carte accélératrice.

Sous-allocation, ou le choix d'un bloc d'alimentation dont la puissance est insuffisante, constitue une erreur grave. En cas de charge élevée, le serveur ne parviendra pas à démarrer ou subira des arrêts soudains, la protection contre les surintensités du bloc d'alimentation se déclenchant. Cela entraîne des temps d'arrêt inacceptables.

Surprovisionnement, bien qu'elle semble être une option plus sûre, présente ses propres inconvénients en termes de rendement. Comme nous le verrons, les blocs d'alimentation fonctionnent à leur rendement maximal lorsqu'ils sont soumis à un pourcentage de charge spécifique. Un bloc d'alimentation nettement surdimensionné fonctionnera à un point inférieur et moins efficace de sa courbe de rendement, ce qui entraînera un gaspillage d'énergie et générera un excès de chaleur.

Bonnes pratiques :
Utilisez les calculateurs de consommation électrique en ligne proposés par les fabricants de serveurs tels que Dell ou HPE, ou par des intégrateurs de systèmes comme Supermicro. Ces outils vous permettent de saisir la configuration exacte de votre serveur et d’obtenir une estimation précise de sa consommation électrique. Tenez toujours compte de l’évolutivité future : si vous prévoyez d’ajouter des disques durs supplémentaires ou un deuxième processeur, intégrez ces éléments dans votre calcul initial.

Facteur clé n° 2 : Comprendre les indices d'efficacité énergétique (certification 80 Plus)

Le rendement énergétique permet de mesurer l'efficacité avec laquelle un bloc d'alimentation convertit le courant alternatif (CA) provenant de la prise murale en courant continu (CC) destiné aux composants du serveur. La différence est perdue sous forme de chaleur dissipée. La norme industrielle utilisée pour mesurer ce rendement est la Programme de certification 80 Plus.

Décryptage des niveaux 80 Plus : de Gold à Titanium

Le programme 80 Plus comporte plusieurs niveaux, chacun exigeant un niveau d'efficacité plus élevé. Pour les environnements d'entreprise et les centres de données, les niveaux les plus pertinents sont Gold, Platinum et Titanium.

Comme le montre le tableau, un bloc d'alimentation certifié « Titanium » est nettement plus efficace qu'un bloc certifié « Gold », en particulier à des charges faibles et élevées. La certification « Titanium » se distingue par le fait qu'elle impose également de mesurer le rendement à une charge très faible (10%), ce qui reflète les charges de travail des serveurs modernes, souvent en veille.

La courbe d'efficacité et son impact sur le coût total de possession (TCO)

Un bloc d'alimentation ne conserve pas le même rendement sur toute sa plage de fonctionnement. Son rendement atteint son maximum aux alentours de 50 à 60 % de la puissance nominale de l'appareil et diminue lorsque la charge est très faible ou très élevée. C'est pourquoi il est essentiel de choisir un bloc d'alimentation “ bien dimensionné ”. Un bloc d'alimentation de 800 W alimentant une charge de 400 W (à 50 % de sa capacité nominale) sera plus efficace qu'un bloc d'alimentation de 1 600 W alimentant la même charge de 400 W (à 25 % de sa capacité nominale).

L'impact financier cumulé d'une meilleure efficacité est considérable dans un environnement multi-serveurs.

Économies annuelles hypothétiques (par serveur) :
Hypothèses : charge constante de 400 W, fonctionnement 24 h/24, 7 j/7, coût de l'électricité de 1 TP pour 4 T de 0,15 kWh.

Même si les économies par serveur peuvent sembler modestes, en multipliant ce chiffre par les 20 serveurs d'un rack, on obtient près de $500 d'économies annuelles en choisissant un bloc d'alimentation Titanium correctement dimensionné plutôt qu'un modèle Gold. Et cela sans même tenir compte des économies secondaires liées à la réduction des besoins en refroidissement due à la diminution de la chaleur dissipée.

Facteur clé n° 3 : redondance pour un fonctionnement ininterrompu

Pour tout serveur critique, un point de défaillance unique est inacceptable. Le bloc d'alimentation est un composant mécanique dont la durée de vie est limitée, ce qui en fait un point de défaillance courant. La solution réside dans l'utilisation de blocs d'alimentation redondants.

Qu'est-ce qu'une alimentation redondante ?

Un serveur équipé de blocs d'alimentation redondants dispose de deux blocs d'alimentation ou plus. En cas de défaillance d'un bloc, le ou les autres prennent instantanément le relais pour assumer la totalité de la charge, garantissant ainsi le fonctionnement continu du serveur sans aucune interruption. Cela permet à l'administrateur système de remplacer le bloc défaillant sans que le serveur ne soit mis hors ligne.

Configurations courantes de redondance (N+1 vs N+N)

• Redondance N+1 : Il s'agit de la configuration la plus courante. ‘ N ’ représente le nombre de blocs d'alimentation nécessaires pour alimenter le serveur. Le “ +1 ” correspond à l'unité redondante supplémentaire. Pour la plupart des serveurs à deux sockets, il s’agit d’une configuration 1+1. Les deux blocs d’alimentation sont actifs et se partagent la charge (par exemple, à parts égales). Si l’un d’eux tombe en panne, l’autre prend immédiatement en charge 100% de la charge.
• Redondance N+N : Cela permet d'obtenir un circuit d'alimentation entièrement redondant. Par exemple, dans une configuration 2+2, deux blocs d'alimentation pourraient être raccordés à un réseau d'alimentation (PDU A) et les deux autres à un réseau d'alimentation distinct (PDU B). Cela offre une protection à la fois contre la défaillance d'un bloc d'alimentation et contre celle d'un circuit d'alimentation complet.

Blocs d'alimentation remplaçables à chaud et facilité d'entretien

La plupart des blocs d'alimentation pour serveurs modernes sont remplaçable à chaud. Cela signifie qu'un composant défectueux peut être retiré et remplacé par un neuf sans avoir à mettre le serveur hors tension. Cette fonctionnalité est essentielle pour garantir une disponibilité élevée et simplifier la maintenance. Les modèles proposés par les principaux fabricants, tels que HPE et Dell, intègrent souvent des mécanismes d'accès facile, ne nécessitant aucun outil, afin de permettre un remplacement rapide.

Facteur clé n° 4 : formats et compatibilité avec les serveurs

Les blocs d'alimentation ne sont pas tous identiques. Ils se déclinent en différentes formes physiques et normes de connexion électrique, qui doivent correspondre au châssis du serveur et à la carte mère.

Alimentations électriques « Common Slot » (CS) et « Flexible Slot » (Flex Slot)

Les principaux fabricants de serveurs ont mis au point leurs propres formats standardisés, destinés à être utilisés sur l'ensemble de leurs gammes de produits. Par exemple, Blocs d'alimentation HPE à emplacements flexibles proposer une conception électrique et physique commune, compatible avec l’ensemble de leurs serveurs ProLiant Gen10, Gen11 et certains serveurs Apollo. Cela permet de simplifier la gestion des stocks de pièces de rechange pour les entreprises exploitant un parc important de matériel HPE.

Formats propriétaires et formats normalisés (CRPS)

Au-delà des normes propres à un seul fournisseur, le secteur s'est orienté vers des normes ouvertes. Le Alimentation redondante commune (CRPS) Cette spécification, élaborée à l'initiative d'entreprises telles qu'Intel et Delta, définit un format standard (par exemple, une largeur de 73,5 mm) et un ensemble de fonctionnalités destinés à être utilisés sur plusieurs plateformes de serveurs. Cela offre davantage de flexibilité aux clients et favorise la concurrence.

Dimensions physiques (1U, 2U, etc.)

Les dimensions du bloc d'alimentation doivent permettre son installation physique dans le châssis du serveur. Un bloc d'alimentation conçu pour un serveur en rack 2U sera généralement plus haut qu'un modèle destiné à un serveur compact 1U. Il est essentiel de choisir un bloc d'alimentation spécifiquement certifié pour le modèle de serveur concerné.

Facteur clé n° 5 : tension d'entrée et environnement du centre de données (courant alternatif vs courant continu)

Normes relatives à l'alimentation en courant alternatif (110 V/120 V vs 200-240 V)

Bien que de nombreux blocs d’alimentation prennent en charge une large plage de tensions d’entrée (par exemple, 100-240 V CA), ils fonctionnent plus efficacement à des tensions plus élevées. Pour une même puissance de sortie (P = V × I), une tension (V) plus élevée se traduit par un courant (I) plus faible. Comme les pertes de puissance dues à la résistance sont proportionnelles au carré du courant (P_perte = I²R), le fonctionnement des serveurs à 208 V ou 240 V réduit considérablement le gaspillage d'énergie par rapport à une tension de 120 V. C'est pour cette raison que la plupart des centres de données d'entreprise sont câblés pour une alimentation haute tension.

L'essor du courant continu dans les centres de données modernes

Certains centres de données hyperscale et de télécommunications utilisent une infrastructure d'alimentation en courant continu. Les blocs d'alimentation conçus pour cet environnement acceptent généralement une tension d'entrée de -48 V CC. Cela permet d'éliminer plusieurs étapes de conversion CA/CC au sein de la chaîne de distribution d'énergie, ce qui se traduit par un rendement global encore plus élevé. Bien que cette solution soit moins courante dans les environnements d'entreprise classiques, elle constitue une option importante pour les environnements spécialisés.

Prendre la décision finale

Le choix d'une alimentation électrique adaptée pour un serveur est une décision stratégique qui consiste à trouver le juste équilibre entre performances, coût et fiabilité. Ce processus implique :

1. Calcul votre charge électrique maximale, en tenant compte d'une éventuelle évolution future.
2. Sélectionner le niveau d'efficacité 80 Plus le plus élevé (de préférence « Titanium ») que votre budget vous permet d'acquérir.
3. redimensionnement la puissance du bloc d'alimentation afin de garantir qu'il fonctionne à proximité de sa courbe de rendement maximal dans le cadre de votre charge de travail habituelle.
4. Mise en œuvre Redondance N+1 ou N+N pour tous les systèmes critiques.
5. Vérification que le format, les dimensions et les connecteurs du bloc d'alimentation soient entièrement compatibles avec votre modèle de serveur.

Une fois ces spécifications techniques définies, l'étape suivante consiste à s'approvisionner en composants. Un fournisseur fiable bloc d'alimentation du serveur Le fait de s'approvisionner auprès d'un fournisseur spécialisé garantit que le produit répond à des normes rigoureuses en matière de qualité et de compatibilité.

Foire aux questions (FAQ)

1. Quelle est la différence entre un bloc d'alimentation pour serveur et un bloc d'alimentation pour PC de bureau ?
Les blocs d'alimentation pour serveurs sont conçus pour garantir une fiabilité et une facilité d'entretien 24 h/24, 7 j/7. Parmi leurs principales différences, on peut citer : la prise en charge de la redondance (double alimentation), les formats remplaçables à chaud, des rendements énergétiques plus élevés (généralement de niveau Platine ou Titane) et des fonctionnalités de gestion avancées telles que PMBus pour la surveillance à distance. Les blocs d'alimentation pour ordinateurs de bureau sont généralement des unités simples, non remplaçables à chaud, présentant une gamme de rendements énergétiques plus large.

2. Puis-je associer des blocs d'alimentation de puissances ou de modèles différents dans un serveur redondant ?
Cette pratique est fortement déconseillée. Même si certains systèmes peuvent techniquement fonctionner, le mélange de blocs d'alimentation peut entraîner un comportement imprévisible en matière de répartition de la charge, des conflits de micrologiciels et des pertes de rendement. Le contrôleur de gestion de l'alimentation du serveur est conçu pour fonctionner avec des unités identiques. La meilleure pratique consiste à toujours utiliser deux blocs d'alimentation identiques, du même fabricant et du même modèle.

3. Si un bloc d'alimentation tombe en panne dans une configuration redondante 1+1, que dois-je faire ?
Le serveur continuera de fonctionner grâce au bloc d'alimentation restant. L'interface de gestion du système (telle que l'iDRAC de Dell ou l'iLO de HPE) générera une alerte signalant la panne. Le bloc d'alimentation défaillant doit être remplacé dès que possible afin de rétablir la redondance. Comme il est remplaçable à chaud, cette opération peut être effectuée sans avoir à planifier d'interruption de service.

Références

• Alimentations pour serveurs HPE. Extrait de https://buy.hpe.com/us/en/options/power-supplies/server-power-supplies/c/3446193
• Alimentation pour serveurs Delta Electronics. Extrait de https://www.deltaww.com/en-US/products/Server-Power/ALL/
• Alimentations pour serveurs Supermicro. Extrait de https://store.supermicro.com/server-accessories/power-supplies.html
• xByte Technologies, blocs d'alimentation pour serveurs et systèmes de stockage Dell. Extrait de https://www.xbyte.com/products?class=Power+Supplies&class_id=57
• ServerDiskDrives, “ Comment choisir le bloc d'alimentation adapté à votre serveur ”. Extrait de https://serverdiskdrives.com/blogs/server-hardware/how-to-choose-the-right-power-supply-for-your-server
• XTT, alimentation électrique pour serveur. Extrait de https://sz-xtt.com/server-power-supply/