隨著數(shù)據(jù)中心越來越多的部署虛擬化和整合設備，以實現(xiàn)更高效的計算，平均機架功率密度也在不斷上升。僅僅幾年前的3 – 4 kW的一個平均機柜支持，到了今天，這一功率負載已經(jīng)被視為低密度環(huán)境了。現(xiàn)如今，機柜容量為9 – 15 kW的情況早已經(jīng)并不罕見，甚至在某些情況下會更高。
表1：數(shù)據(jù)中心密度定義：AFCOM的數(shù)據(jù)中心研究所理事會文檔。
隨著在每臺機柜中所處理的工作負載量的持續(xù)增加，數(shù)據(jù)中心管理人員需要高度關注機柜配電策略，以便能夠以最小的管理開銷實現(xiàn)最高水平的可用性和效率。
為了確保IT設備的高可用性功率，功率鏈上的所有功率組件都需要具備監(jiān)控功能。
機架電源分配單元(PDU)代表了功率鏈的最后一站。因此，企業(yè)組織為高密度部署選擇具有監(jiān)控功能的機架PDU是至關重要的。事實上，根據(jù)最近的研究表明，機架式PDU市場正在由更高的功率額定值、更多的智能產(chǎn)品需求、更富智能化和安全性功能特點的需求、功率配置供應的需求、容量規(guī)劃和遠程控制所推動。本文中，我們將與廣大讀者諸君共同討論關于在這種高密度操作運營環(huán)境下，實現(xiàn)有效的機柜級電源管理所涉及到的相關電氣、物理和管理因素。文中列出了在高密度機柜中部署智能PDU時所亟待考慮的六大關鍵性因素，同時還涵蓋了與部署智能PDU相關的成本和安全性的管理問題。
為高密度機柜選擇智能機架PDU時的六大關鍵性注意事項：
適當?shù)妮斎腚娐?以處理所需的容量
充足的插座類型和密度 以插入所有設備
分支過量電流保護類型 最大限度減少跳閘和停機中斷所帶來的干擾
高環(huán)境溫度等級 確保在熱通道內(nèi)的可靠運行
適當?shù)墓δ芗墑e 在機架或設備級別進行監(jiān)控
持續(xù)的監(jiān)控 主動通知即將發(fā)生的問題
適當?shù)妮斎腚娐?/p>
從公用供電服務機構輸入數(shù)據(jù)中心內(nèi)的功率通常都是三相的。允許三相電源進入數(shù)據(jù)中心，能夠以較低的電流強度傳輸所需的功率容量，因此具有較低的損耗量。企業(yè)組織可以選擇為機柜提供三相或單相電源。在高密度機柜環(huán)境中，將三相電源供應給機柜帶來了與為數(shù)據(jù)中心供應三相輸入電源相同的優(yōu)勢。下表展示了在北美和國際其他地區(qū)最常見的一相和三相電路可以處理的最大容量。
如上表所示，對于北美地區(qū)的超過4.9 kW的機架密度，以及國際其他地區(qū)的為7.3 kW的機架密度，最有意義的是以三相電源供應給機柜。供應給機架的適當?shù)娜嚯娐酚煽偟臋C架容量所需確定。通常，兩個電源供應被用于每個機柜以支持冗余，并且每款PDU應能夠支持機柜的全部負載。例如，如果機柜具有5 kW(5 VA)的負載，則每款PDU和支持電路的規(guī)模將調(diào)整為10 kW(10 VA)。
機柜級的三相電源不僅有助于最大限度地減少損耗，而且簡化了進入數(shù)據(jù)中心的所有三相輸入功率的負載平衡。平衡負載通過保持中性電流和低諧波，帶來了上游電氣基礎設施的最佳利用。
對于綠色環(huán)保數(shù)據(jù)中心領域的機會，數(shù)據(jù)中心還可以選擇提供給機柜中設備的電壓。大多數(shù)現(xiàn)代IT設備可以處理100 – 250V范圍內(nèi)的電壓。為IT設備選擇較高的電壓可降低電流消耗，從而降低損耗。這就是為什么北美地區(qū)的許多新建的數(shù)據(jù)中心均設置為240 / 415V的三相電源機柜供應，而不是典型的208V甚至120V的電源機柜供應的原因所在了。
充足的插座類型和密度
在大多數(shù)數(shù)據(jù)中心，高密度機柜由以下配置組成：
在較高的機柜中裝滿1U / 2U服務器的機架 這些機柜通常有大量較低電流強度的服務器，通過IEC 320 C14連接器供電。對于這些部署，適當?shù)臋C架PDU應提供大量的IEC 320 C13插座。今天，僅僅只有少數(shù)的智能PDU提供商在其標準形式的因素內(nèi)具有多達60個C13插座，以支持45U或更高的機柜。
機架裝有少數(shù)刀片機箱或數(shù)據(jù)中心級模塊化網(wǎng)絡交換機 這些機柜通常具有較少的設備，所有設備都通過多個電源供電，每款設備使用一個或多個C20連接器。對于這些部署，需要具有大量C19插座的智能機架PDU。
在理想的情況下，關于在智能PDU上用于支持的插座類型和密度的決定應當在選擇了企業(yè)組織所要部署的IT設備之后進行。然而，如果必須較早地做出關于PDU的決定，則建議選擇能夠提供C13和C19插座良好混合的智能PDU。選擇插座數(shù)量更多的C19將總是更好的，因為這些類型的插座可以為具備C14或C20連接器的設備供電。另一方面，一款C13插座不能用于為具有較高電流強度的C20連接器供電。同樣，較小的機架安裝設備(如1U / 2U服務器)中的電源通常使用C14 / C13連接，較大的刀片和模塊化交換機設備中的電源通常使用具有較高電流強度的C19 / C20連接。
當您不知道將在機柜中放置什么設備時，請選擇具有C13和C19混合插座的PDU。
選擇具有鎖定插座，并能夠與標準電源線配合使用的智能PDU。
無論插座類型是C13、C19還是兩者的混合，插座都應提供鎖定功能，防止IT設備的意外斷開。為了節(jié)省整個解決方案整體的前期成本，鎖定插座應能夠支持標準電源線。如果您企業(yè)選擇使用專用電源線的型號，則需要為每款被供電的設備提供專用電源線的額外費用。
支路過量電流保護
所有的智能PDU大于20A的電流，通常有兩個或兩個以上的分支電路保護，由過量電流保護保險絲熔斷器或斷路器提供。強烈建議在保險絲斷路器上選擇斷路器。當出現(xiàn)跳閘時，斷路器可以很容易地復位時，而保險絲則必須更換，并電源保持在外面，直到保險絲被替換。替換過程中，需要關閉整個PDU，以 及許可電工的干預執(zhí)行，最終帶來更高的平均故障修復時間。
斷路器類型則是另一個重要的考慮因素。斷路器可以是熱的，磁性的或磁性的液壓系統(tǒng)。磁液壓斷路器是最不容易受到熱變化的影響，并能夠最大限度地減少跳閘，使其成為了高密度部署的最佳選擇。為了處理輕微的過載情況，選擇具有100%額定值的磁液壓斷路器。分支過載電流保護其他相關的重要功能包括：
A、超薄型斷路器，以確保空氣流的最小干擾
B、安全可靠的UL 489認證目錄(UL-listed)斷路器
C、能夠不斷地監(jiān)控斷路器或熔斷器的狀態(tài)，而不管所選擇的PDU是何類型
半高(low-profile)、UL 489認證目錄、磁性液壓斷路器可處理更高的溫度，防止誤跳閘，并且不阻塞通過機柜的空氣流。
更高的環(huán)境溫度額定值
為了保持高水平的效率并降低能耗成本，高密度部署具有更高的服務器入口溫度，最終將轉(zhuǎn)化為更高的服務器排氣溫度。一些數(shù)據(jù)中心還部署了遏制解決方案，以提高效率。所有這些措施使得熱通道中的溫度較高，而大多數(shù)垂直PDU安裝此處。
為了確保PDU在這種溫度上升的趨勢下能夠繼續(xù)可靠地工作，請務必考慮具有高溫度等級的PDU。為了具有最高的可用性，PDU還必須支持額定溫度下的滿載容量。因此，企業(yè)客戶選擇能夠提供具有高溫度等級的PDU的制造商，以滿足當前和未來的業(yè)務實踐的需要無疑是至關重要的。
PDU都暴露在最高環(huán)境空氣溫度下。故而企業(yè)客戶應盡可能的選擇一款具有最高溫度評級的PDU。
智能PDU適當?shù)墓δ芗墑e
智能PDU具有不同級別的功能。每種功能在高密度部署情況下的相關益處描述如下：
分支電路和相位級監(jiān)控
這些參數(shù)的持續(xù)監(jiān)控以及通過通知設置閾值的能力，確保了連接的負載始終處于容量范圍內(nèi)。相位級別的監(jiān)控還確保負載保持平衡，以實現(xiàn)效率和最佳利用率。
電源插座的測量
提供有關單個IT設備的能耗的信息，最終實現(xiàn)退款報告和更高的問責制。此外，還有助于為單個設備設置基準能耗，這在選擇要添加到機柜的新設備時非常有用。
電源插座的開關
通過為管理員提供什么設備從PDU獲得供電的能力控制，確保合適的配置。作為最佳實踐方案，所有未使用的插座應保持在 關閉 狀態(tài)，直到管理員允許其連接到新設備。這種功能還提供了在初始啟動時按順序打開設備以及識別未充分利用的設備的能力，或者在停電后將高浪涌電流最小化的能力。其還為懸掛的IT設備提供了遠程循環(huán)供電的能力。
綜合的環(huán)境監(jiān)測
通過集成或連接到機架PDU的傳感器，持續(xù)的監(jiān)控機柜級的環(huán)境溫度和濕度參數(shù)，通過提供對任何即將發(fā)生的問題發(fā)出早期的通知確保IT設備的可用性。
持續(xù)的監(jiān)控
對于高密度的環(huán)境，智能PDU具備隨時提供斷路器狀態(tài)的能力是至關重要的。對于所有被監(jiān)控的電氣參數(shù)，PDU需要提供設置閾值的能力。當超過警告或臨界閾值時，PDU應該具備發(fā)出警報的功能。您企業(yè)所選擇的智能PDU應具備提供通知的靈活性。例如，一些優(yōu)先的通知方式包括發(fā)送電子郵件、SNMP陷阱或Syslog。出于故障排除和審計的目的，智能PDU應為每個記錄的條目提供一個帶有時間和日期戳的可導出的事件日志。
其他注意事項 處理與智能PDU部署相關的挑戰(zhàn)：
除了上面所提到的關鍵性的注意事項之外，還有幾項涉及到智能PDU如何集成到您企業(yè)的網(wǎng)絡有關的重要部署注意事項。
最小化所有PDU的網(wǎng)絡連接成本
確保高水平的網(wǎng)絡安全性
對所有PDU的綜合管理
借助安全陣列IP整合技術(Secure Array IP Consolidation Technology)最小化所有PDU的網(wǎng)絡連接成本
智能PDU的網(wǎng)絡連接通常需要安裝從每款PDU的后面安裝附加網(wǎng)絡交換機和電纜以連接到交換機。對于每個聯(lián)網(wǎng)的PDU而言，這種網(wǎng)絡基礎設施的成本可以高達500美元。 安全陣列IP整合技術通過在一個IP地址和物理網(wǎng)絡連接中整合并多達32個PDU來最大限度地降低網(wǎng)絡連接的成本。
這減少了所使用的IP端口的總數(shù)，最終轉(zhuǎn)化為部署較少的網(wǎng)絡交換機。總安裝時間和以太網(wǎng)電纜長度也明顯減少。下表則提供了一家企業(yè)組織在一個安全陣列下部署智能PDU，較之使用一個單獨的網(wǎng)絡連接到每個單元，可以期望帶來的總的成本節(jié)約的一個估計值。
注意：成本是基于每個網(wǎng)絡連接的網(wǎng)絡成本為500美元的估計值。
如下圖所示，安全陣列還允許將陣列中的另一個PDU設置為網(wǎng)絡冗余的 首要備用替代 。這確保了跨陣列的連續(xù)通信，即使在登記之一的PDU丟失其網(wǎng)絡連接或其智能被破壞的情況下。安全陣列的其他優(yōu)點包括大規(guī)模配置所有PDU的功能，以及整個陣列內(nèi)所有PDU和插座的分組。
確保高水平的安全性
由于具備打開和關閉插座，并遠程設置閾值的功能，故而當考慮智能PDU時，網(wǎng)絡安全性是至關重要的。而確保高水平的安全性所需考慮的關鍵項目包括：
A、確保所有可用于監(jiān)控和管理PDU的接口都內(nèi)置了安全功能：
① Web界面應支持HTTPS協(xié)議
② SNMP兼容性應包括v3支持，已內(nèi)置了SHA和DES加密
③ 命令行界面(如果支持的話)應包括SSH功能
B、智能PDU應該支持遠程認證協(xié)議，諸如LDAP和RADIUS之類，以最小化在每個單獨的PDU處維護密碼和用戶登錄的需要。
C、所有接口應在用戶和管理員級別提供單獨的權限。
D、本地接口的功能應盡可能多的限制僅僅只能用于監(jiān)控項目。可以改變設置和插座控制的能力，不應該通過本地接口實現(xiàn)。
所有PDU的綜合管理
典型的數(shù)據(jù)中心在每個機柜內(nèi)具有兩個PDU。隨著任何中型到大型數(shù)據(jù)中心的機柜數(shù)量逐步從幾十臺增加到幾百臺，單獨管理每款PDU可能會是一個非常繁瑣的任務。一款全面的軟件解決方案通過提供訪問，管理和審計功能的單一界面，簡化了數(shù)據(jù)中心或多個站點內(nèi)的所有PDU的管理。綜合軟件解決方案的關鍵管理功能包括但不限于：
所有PDU的健康運行狀況映射狀態(tài)視圖
整合事件日志和報警/通知功能
具有報告功能的嵌入式數(shù)據(jù)庫，可幫助數(shù)據(jù)中心管理員采取措施以降低能源消耗，利用滯留容量，并更好地規(guī)劃未來的容量需求
對所有PDU和插座進行分組，以便進行能耗報告，功率控制和設置許可
對所有PDU的配置實施更改
管理PDU的軟件解決方案應該能夠自動發(fā)現(xiàn)所有支持的設備。動態(tài)插件功能允許快速開發(fā)對新設備的支持是一大優(yōu)勢，因為其真正使之成為了一款供應商無關的軟件。開源的數(shù)據(jù)庫和Web API配置允許數(shù)據(jù)中心操作人員根據(jù)自己的需要定制軟件解決方案。軟件解決方案還應該與PDU本身不斷同步，以確保公共數(shù)據(jù)模型中的一致性。
結論
在機柜級別的智能電源管理對于成功的高密度部署是至關重要的，并同時需要適當?shù)囊?guī)劃。第一步是要查看所有可用的電氣輸入選項，并選擇一款兼容所需的機柜密度的電源輸入選項。下一步是選擇支持高密度環(huán)??境所需的適當類型和數(shù)量的插座。應當適當注意確保所選的PDU能夠支持高密度部署的特性，例如較高的機架溫度和分支電路電流。
智能PDU部署為數(shù)據(jù)中心提供了顯著的優(yōu)勢，但同時也帶來了一些挑戰(zhàn)。利用具有安全陣列技術和安全接口的PDU解決了有關網(wǎng)絡連接和成本的問題。部署集中式管理軟件使得所有PDU實現(xiàn)了無縫管理，并使企業(yè)客戶的智能PDU的投資真正變得有價值。
現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心需要的智能產(chǎn)品不僅要滿足最低的市場要求，而且還要能夠滿足數(shù)據(jù)中心運營商們的高可靠性，高性能和高質(zhì)量的期望。這就是為什么選擇一家能夠提供包含了本文所介紹的所有特性和功能的PDU制造商是如此重要的原因所在了。
關于作者
本文作者Ashish Moondra是國際知名廠商Chatsworth Product, Inc公司資深的電力、電子和軟件產(chǎn)品經(jīng)理。 他在開發(fā)、銷售和管理機架配電、不間斷電源、能量存儲和DCIM解決方案方面擁有長達20年的經(jīng)驗。Ashish以前曾先后供職于美國電力轉(zhuǎn)換公司(American Power Conversion)、艾默生網(wǎng)絡能源公司和Active Power公司。
