Важнейшая роль источника питания в серверной инфраструктуре
Блок питания (БП) сервера - невоспетый герой любого центра обработки данных или ИТ-среды. В то время как процессоры и память часто оказываются в центре внимания, БП является основополагающим компонентом, определяющим надежность, эксплуатационные расходы и даже тепловой режим сервера. Некачественный или неправильно подобранный БП может привести к нестабильности системы, непредвиденным простоям и повышенным энергозатратам. Напротив, правильно подобранный блок обеспечивает стабильную и эффективную подачу питания, защищая критически важные операции и способствуя снижению общей стоимости владения (TCO).
Выбор правильного блока питания - это многогранный процесс, который выходит за рамки простого соответствия мощности. Он включает в себя тщательную оценку требований к мощности, эффективности, необходимости резервирования и физической совместимости. Данное руководство предлагает профессиональную схему, позволяющую сориентироваться в этих вопросах и выбрать идеальный блок питания для конкретной серверной инфраструктуры.
Ключевой фактор 1: расчет потребляемой мощности
Первый и самый важный шаг - точное определение бюджета энергопотребления сервера. Для этого необходимо суммировать максимальную потребляемую мощность всех внутренних компонентов, включая процессор (процессоры), модули памяти (DIMM), накопители (SSD/HDD), карты сетевого интерфейса (NIC), а также любые карты GPU или ускорители.
Недостаточное обеспечение, или выбор блока питания с недостаточной мощностью - критическая ошибка. Под нагрузкой сервер либо не загрузится, либо внезапно отключится, так как сработает защита блока питания от перегрузки по току. Это приводит к неприемлемому времени простоя.
Избыточное обеспечение, Несмотря на то, что этот вариант кажется более безопасным, он имеет свои собственные недостатки. Как уже говорилось, блоки питания работают с максимальной эффективностью при определенном проценте нагрузки. Значительно перегруженный БП будет работать в более низкой, менее эффективной точке своей кривой, расходуя энергию и выделяя избыточное тепло.
Лучшая практика:
Воспользуйтесь онлайн-калькуляторами блоков питания, предоставляемыми производителями серверов, такими как Dell, HPE, или системными интеграторами, такими как Supermicro. Эти инструменты позволяют ввести точную конфигурацию сервера и получить точную оценку энергопотребления. Всегда учитывайте возможность будущего масштабирования: если вы планируете добавить больше дисков или второй процессор, учтите это в первоначальном расчете.
Ключевой фактор 2: понимание нормативов энергоэффективности (сертификация 80 Plus)
Энергоэффективность - это показатель того, насколько эффективно БП преобразует входной переменный ток из сети в выходной постоянный ток для компонентов сервера. Разница теряется в виде отработанного тепла. Отраслевым стандартом для измерения этого показателя является Программа сертификации 80 Plus.
Расшифровка уровней 80 Plus: От золотого до титанового
Программа 80 Plus имеет несколько уровней, каждый из которых требует более высокого уровня эффективности. Для корпоративных сред и центров обработки данных наиболее актуальными являются уровни Gold, Platinum и Titanium.
| Уровень сертификации 80 Plus | 10% Загрузка | 20% Загрузка | 50% Нагрузка (пиковая эффективность) | 100% Загрузка |
|---|---|---|---|---|
| 80 Plus Gold | Н/Д | 90% | 92% | 89% |
| 80 Plus Platinum | Н/Д | 92% | 94% | 91% |
| 80 Plus Titanium | 90% | 94% | 96% | 94% |
| (Примечание: Показатели эффективности приведены для внутренних источников питания 230 В EU без резервирования. Значения могут незначительно отличаться для других напряжений и типов). |
Как видно из таблицы, БП с рейтингом Titanium значительно эффективнее, чем с рейтингом Gold, особенно при низких и высоких нагрузках. Сертификация Titanium уникальна тем, что она также требует измерения эффективности при очень легкой нагрузке 10%, что отражает современные серверные рабочие нагрузки, которые часто простаивают.
Кривая эффективности и ее влияние на совокупную стоимость владения
Эффективность блока питания не одинакова во всем диапазоне его работы. Эффективность достигает пика в районе 50-60% от номинальной мощности блока и падает при очень низкой или очень высокой нагрузке. Именно поэтому “правильный размер” БП имеет решающее значение. БП мощностью 800 Вт, питающий нагрузку 400 Вт (мощность 50%), будет более эффективным, чем БП мощностью 1600 Вт, питающий ту же нагрузку 400 Вт (мощность 25%).
Совокупный финансовый эффект от повышения эффективности существенен в многосерверной среде.
Гипотетическая годовая экономия средств (на один сервер):
Допущения: 400 Вт постоянной нагрузки, работа 24/7, стоимость электроэнергии $0.15/кВтч.
| Технические характеристики блока питания | Эффективность при мощности 400 Вт | Требуемая входная мощность | Годовые затраты на электроэнергию | Годовая экономия по сравнению с золотом |
|---|---|---|---|---|
| 800 Вт Золото | ~92% | 434.8 W | $571.31 | (Базовый уровень) |
| 800 Вт Platinum | ~94% | 425.5 W | $559.13 | $12.18 |
| 550 Вт Титан | ~96% (при нагрузке ~73%) | 416.7 W | $547.53 | $23.78 |
Хотя экономия на одном сервере может показаться скромной, если перемножить ее на стойку из 20 серверов, то получится почти $500 ежегодной экономии за счет выбора БП Titanium правильного размера вместо блока Gold. При этом даже не учитывается вторичная экономия за счет снижения требований к охлаждению благодаря меньшему количеству отработанного тепла.
Ключевой фактор 3: резервирование для бесперебойной работы
Для любого критически важного сервера недопустимо наличие одной точки отказа. Блок питания - это механический компонент с ограниченным сроком службы, что делает его распространенной точкой отказа. Решением проблемы являются резервные блоки питания.
Что такое резервный источник питания?
В сервере, оснащенном резервными блоками питания, установлено два или более блоков питания. Если один блок выходит из строя, другой(ие) мгновенно принимает на себя всю нагрузку, обеспечивая непрерывную работу сервера. Это позволяет системному администратору заменить вышедший из строя блок, пока сервер продолжает работать.
Общие конфигурации резервирования (N+1 против N+N)
- Резервирование N+1: Это наиболее распространенная конфигурация. ‘N’ означает количество блоков питания, необходимых для питания сервера. Символ “+1” - это дополнительный резервный блок. Для большинства двухсокетных серверов это конфигурация 1+1. Оба блока питания активны и разделяют нагрузку (например, 50/50). Если один из них выходит из строя, другой сразу же берет на себя 100% нагрузки.
- N+N Резервирование: Это обеспечивает полностью резервный канал питания. Например, в конфигурации 2+2 два блока питания могут быть подключены к одной электросети (PDU A), а два других - к отдельной электросети (PDU B). Это защищает как от отказа БП, так и от отказа всей цепи питания.
Блоки питания с горячей заменой и возможность обслуживания
Большинство современных серверных блоков питания Возможность горячей замены. Это означает, что вышедший из строя блок можно извлечь и установить новый без необходимости отключения питания сервера. Эта функция необходима для поддержания высокого времени безотказной работы и упрощения обслуживания. В конструкциях таких крупных OEM-производителей, как HPE и Dell, часто используются механизмы с легким доступом без инструментов для быстрой замены.
Ключевой фактор 4: форм-факторы и совместимость с серверами
Блоки питания не являются универсальными. Они имеют различные физические формы и стандарты электрических соединений, которые должны соответствовать серверному шасси и материнской плате.
Источники питания с общим разъемом (CS) и гибким разъемом (Flex Slot)
Крупнейшие производители серверов разработали собственные стандартные форм-факторы, которые используются во всех линейках их продукции. Например, Источники питания HPE с гибким разъемом Компания HPE предлагает общую электрическую и физическую конструкцию, совместимую с серверами ProLiant Gen10, Gen11 и некоторыми серверами Apollo. Это упрощает инвентаризацию запасных частей для организаций с большим парком оборудования HPE.
Собственные и стандартизированные форматы (CRPS)
Помимо стандартов, разработанных одним производителем, отрасль перешла к открытым стандартам. Сайт Общий резервный источник питания (CRPS) Спецификация, разработанная такими компаниями, как Intel и Delta, определяет общий форм-фактор (например, ширину 73,5 мм) и набор функций для использования на различных серверных платформах. Это обеспечивает клиентам большую гибкость и способствует развитию конкуренции.
Физические размеры (1U, 2U и т.д.)
Размеры блока питания должны физически вписываться в шасси сервера. Блок питания, предназначенный для стоечного сервера высотой 2U, обычно будет выше, чем блок питания, предназначенный для компактного сервера высотой 1U. Очень важно выбрать БП, специально сертифицированный для целевой модели сервера.
Ключевой фактор 5: входное напряжение и среда центра обработки данных (переменный ток против постоянного)
Стандарты питания переменного тока (110В/120В против 200-240В)
Хотя многие блоки питания поддерживают широкий диапазон входного напряжения (например, 100-240 В переменного тока), они работают более эффективно при более высоком напряжении. При одинаковой выходной мощности (P = V × I) более высокое напряжение (V) приводит к снижению тока (I). Поскольку потери мощности из-за сопротивления пропорциональны квадрату тока (P_loss = I²R), работа серверов при напряжении 208 или 240 В значительно снижает потери энергии по сравнению с напряжением 120 В. По этой причине большинство корпоративных центров обработки данных подключены к высоковольтному питанию.
Рост использования питания постоянного тока в современных центрах обработки данных
В некоторых гипермасштабных и телекоммуникационных центрах обработки данных используется инфраструктура питания постоянного тока. Блоки питания, разработанные для такой среды, обычно принимают входное напряжение -48 В постоянного тока. Это позволяет отказаться от нескольких этапов преобразования переменного тока в постоянный в цепи распределения питания, что приводит к еще большей общей эффективности. Несмотря на то, что в типичных корпоративных системах это менее распространено, для специализированных сред это важный вариант.
Принятие окончательного решения
Выбор правильного блока питания для сервера - это стратегическое решение, которое позволяет сбалансировать производительность, стоимость и надежность. Этот процесс включает в себя:
- Расчет максимальную мощность, с учетом возможности роста.
- Выбор самый высокий уровень эффективности 80 Plus (предпочтительно Titanium), который позволяет ваш бюджет.
- Right-sizing мощность блока питания, чтобы обеспечить его работу вблизи кривой максимальной эффективности при типичной рабочей нагрузке.
- Реализация Резервирование N+1 или N+N для всех критически важных систем.
- Проверка убедитесь, что форм-фактор, размеры и разъемы блока питания полностью совместимы с моделью вашего сервера.
Когда технические характеристики определены, следующий шаг - поиск компонентов. Надежный блок питания сервера от специализированного поставщика гарантирует, что продукт соответствует строгим стандартам качества и совместимости.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. В чем разница между серверным БП и БП для настольных ПК?
Серверные блоки питания разработаны для обеспечения надежности и удобства обслуживания в режиме 24/7. Основные отличия: поддержка резервирования (два блока), форм-фактор с возможностью горячей замены, более высокие показатели эффективности (обычно Platinum или Titanium), а также расширенные функции управления, такие как PMBus для удаленного мониторинга. Блоки питания для настольных систем, как правило, представляют собой одиночные блоки без возможности горячей замены с более широким диапазоном показателей эффективности.
2. Можно ли смешивать и сочетать блоки питания разной мощности или моделей в резервном сервере?
Делать это категорически не рекомендуется. Хотя некоторые системы могут технически функционировать, смешивание блоков питания может привести к непредсказуемому поведению балансировки нагрузки, конфликтам встроенного ПО и снижению эффективности. Контроллер управления питанием сервера рассчитан на работу с идентичными блоками. Лучше всего всегда использовать два идентичных блока питания одного производителя и модели.
3. Если один блок питания выходит из строя в системе с резервированием 1+1, что делать?
Сервер продолжит работать на оставшемся блоке питания. Интерфейс управления системой (например, iDRAC от Dell или iLO от HPE) выдаст предупреждение о сбое. Вышедший из строя БП следует заменить как можно скорее, чтобы восстановить резервирование. Поскольку он имеет возможность горячей замены, это можно сделать без планового простоя.
Ссылки
- Серверные блоки питания HPE. Извлечено из https://buy.hpe.com/us/en/options/power-supplies/server-power-supplies/c/3446193
- Delta Electronics Server Power. Извлечено из https://www.deltaww.com/en-US/products/Server-Power/ALL/
- Серверные блоки питания Supermicro. Извлечено из https://store.supermicro.com/server-accessories/power-supplies.html
- xByte Technologies, Блоки питания для серверов и систем хранения данных Dell. Извлечено из https://www.xbyte.com/products?class=Power+Supplies&class_id=57
- ServerDiskDrives, “Как выбрать правильный блок питания для вашего сервера”. Извлечено из https://serverdiskdrives.com/blogs/server-hardware/how-to-choose-the-right-power-supply-for-your-server
- XTT, серверный блок питания. Извлечено из https://sz-xtt.com/server-power-supply/
