服务器电源功率计算

【eNet服务器讲堂】提及电源，大家并不陌生，比如笔记本电源（适配器）、手机电源（变压器）、万能快充等等，就在我们身边，且触手可及。而这些所谓电源均为我们的移动设备起到了降压、变压等安全保护作用。同理，服务器电源亦对设备起到安全、稳定的保护作用。

　　服务器电源即为使用在服务器上的电源（POWER），它和PC电源一样，均是一种开关电源。服务器电源按照标准则可以分为ATX电源和SSI电源两种。ATX标准普遍使用用于台式机、工作站和低端服务器；而SSI标准则随着服务器技术的发展而产生，适用于不同档次的服务器。

　　在数据中心，电力消耗犹如一只隐而不见的老虎，在后台悄悄地消耗企业大量资金。企业IT建设者在机房建设购置基础设备（服务器、存储、交换机等）不仅要注重其性能和价格，还要注意设备电源品质及产品售后服务。而如何选择高品质电源的服务器、如何进行电源配置，采用什么样的解决方案，成为CIO或CTO迫切解决的问题。同时，怎样能高效地使用电力资源，同时响应国家环保、节能政策，使企业数据中心更环保、功耗更低，也是每家企业所应尽的义务。接下来，笔者就从最基本的服务器电源配置与使用来逐步分析，帮助企业降低TCO成本。

服务器电源功率越大越好？

　　以戴尔第12代服务器为例。在戴尔服务器中，每一款机型都有多种功率的电源可供用户选择。比如在戴尔Poweredge R720中，就可选择495W、750W及1100W三种功率，还有单电源和冗余双电源供选择。那么到底选哪一种呢？许多用户考虑到将来的扩展，常常会选用最大的1100W电源配置，这样无论将来是添加硬盘，或者是加PCIe的扩展卡，都能够保证有足够的电源功率，不需要另外购买新电源。那么真的就是电源功率越大越好吗？

　　由于服务器电源做的是交直流转换，转换过程中本身需要消耗一定电力。如上图体现了在不同负载情况下，一个白金电源在不同功率的负载情况下，电源的转换效率曲线图。不难看出，电源转换效率在低负载情况下是很低的，也就意味着相对要消耗更多的电力在电源本身上，随着负载的增加迅速上升，在40%-60%负载时达到最高转换效率，然后随着负载功率的上升有略微下降。

　　由此看来，我们应该合理配置电源，使平均负载功率在电源额定功率的40-60%之间，这样企业的电源使用效率最高，耗电最少。也就是说，IT建设者应该考虑服务器本身的平均负载和最高负载，反过来计算并且配置合适的电源，这样比起不合理的配置可以减少高达8-12%的电力消耗。在一个拥有大量服务器的数据中心，这样的额外电力消耗可能造成每月几十万到几百万的损失。

应该配置单电源还是冗余双电源？

　　单电源成本低，不过由于是单路电源供应，一旦电源供应出现问题，或者电源本身出现任何问题，服务器就会出现宕机。所以在对业务连续性要求比较高的环境下，建议企业选用双电源提高系统的可靠性。另外使用双电源供应也意味着总电源功率的提高，将来的可扩展性也会更好。

　　不过使用双电源时又会面临一个问题：两个电源要同时工作（负载均衡），还是把其中一个电源作为热备（Active/Standby）。现在的技术可以保证在任何一种情况下，如果一个电源供应出现问题，另一个电源都可以及时接管。因此我们应该考虑的是电源的转换效率，这又与负载有关了。我们举两个例子来看看：

 1、两个1100的电源，总负载是500W

 　 a.单电源工作，也即Active/Standby情况下：工作的电源会工作在近50%的负载，工作电源的转换效率最高，备用电源会消耗少许电力维持备用状态；

　　b.两个电源都工作，也即负载均衡情况下：两个电源都会工作在近25%的负载，根据前面的讨论，效率会比情况a低接近10%，损耗超过情景a中备用电源所消耗的电力。

 2、两个1100的电源，总负载是1000W

　　a.单电源工作，也即Active/Standby情况下：工作的电源会工作在近90%的负载，工作电源的转换效率降低，备用电源也会消耗少许电力维持备用状态；

　　b.两个电源都工作，也即负载均衡情况下：两个电源都会工作在近50%的负载，转换效率最高，损耗低于情景a。

　　事实上，戴尔的工程师曾专门做过此方面研究，下图就是在使用不同方式下电源损耗与系统负载的关系图。如图所示，在电源负载小于50%左右，系统使用Active/Standby方式更高效，而高于50%左右就是负载均衡方式更合适了。

　　传统服务器基本上都是使用负载均衡的电源使用方式，而一般情况下负载小于50%，这样电源转换效率较低。因此为更好服务于企业，戴尔在第12代服务器中提供了一项Hot Spare功能，不仅可以设置成Active/Standby的电源使用方式，还可以监测负载，根据负载使用的情况自动选择最合适的电源使用的方式。只需要在iDRAC卡的配置中，简单地将电源使用设置为Hot Spare，系统就会自动根据负载大小调节电源运作的方式，自动实现电源效率的最大化。

　　小结：在对业务连续性要求比较高的环境下，建议企业使用双电源提高系统的可靠性。同时在iDRAC卡的配置中，将电源使用设置为Hot Spare，自动配置双电源使用方式，实现电源效率的最大化。

　　另外，戴尔在电源技术中加入智能功率因数校正技术，也就是当电源输入的功率因数不正常时（电流电压相位不匹配），自动启用功率因数校正，提高交流电的使用效率；而在输入的功率因数正常时，自动禁用功率因数校正，减少由校正带来的约3%的额外电源消耗。

　　在第12代Poweredge服务器中，戴尔还免费向用户提供一个高级电源管理软件，Dell OpenManage PowerCenter。使用这个软件，可以对带有iDRAC Enterprise远程控制卡的戴尔12代服务器上启用高级电源管理，例如对多台服务器电源进行监控、调优，甚至在需要时对单台或者某组服务器进行电源封顶。

　　随着社交、电商等互联网新兴企业迅速崛起，每日数以万计的图片、视频、网页浏览点击及商品交易订单等非结构化数据爆炸式产生，因此企业面临大数据时代的挑战和机遇。如何紧抓机遇，就需要IT建设者从企业最为基础的硬件部署和配置做起，看似微不足道的设备电源，如果做得好，就能为企业减少近百万的维护成本。