隨著雲計算和OTT的技術發展，互聯網對數據的需求呈現爆炸式的增長，這極大地促進了雲數據中心的市場需求，近年來國內外幾乎同步興起了建設雲數據中心的熱潮。大規模的建設也引發了業界對數據中心基礎架構的重新思考，作為數據中心基礎設施重要組成部分的電源架構自然也不例外。

基於對投資規劃、高效低碳、安全可用、快速部署等因素的不同解讀和引入互聯網思維的創新激情，產生了各種各樣的數據中心供電架構。從傳統UPS到HVDC，從240VHVDC到336VHVDC，從集中式電源到分布式電源，從微軟的LES架、Facebook的OCP架構到中國的天蠍機櫃供電架構，從電源供電到市電直供等等，這讓沉肅了幾十年的電源行業出現了空前的“繁榮”，那些打著“高安全、高節能、易規劃、易部署”旗號的新方案、新架構多得有點讓人眼花繚亂、應接不暇。但是，無論供電架構怎樣千變萬化，供電架構用來為服務器提供“供電、備電”服務的核心思想始終不變。“供電”意味著“怎麽把外部市電最有效地傳遞到服務器”，“備電”意味著“在外部市電中斷時怎麽接入第二路市電和蓄電池等廣義的備電係統”。為此，本文希望通過對這兩個概念的重新解讀，從構成邏輯上來梳理數據中心供電架構變化的脈絡，本文不會討論供電架構的技術細節，後續圖中的示意也僅表示數據中心供電架構的邏輯關係，並不是配電結構的實際反映。

基於“備電”的數據中心供電架構的變化模式

“備電”的概念就是儲能設備怎樣接入“供電”係統，來保證外部市電中斷時對數據負載的繼續供電，關鍵的指標是切換時間必須小於數據負載能承受的間斷時間。對於雲數據中心來說，“備電”有兩層意義，第一層是外部市電中斷，怎樣接入儲能設備等“備電”設備；第二層是在一路供電係統完全中斷，怎樣接入“熱備、冷備或均載”的第二路供電係統。

圖5展示了數據中心的基本供電環節，91探花视频在线观看可以設想將傳統UPS的儲能設備接入點以圖5中的1-2-3-4順序一步一步後移，即從電源設備內部、電源設備輸出端、機櫃內部移到服務器內部，這不僅產生了全新的電源設備還涵蓋了當前提出過的所有供電模式。

1、傳統UPS供電模式

UPS供電模式采用在AC-DC-AC的兩級變換器中間點接入儲能設備，如下圖6所示。目前，傳統UPS還是數據中心內應用最廣泛的供電模式，UPS在數據中心最初有兩大作用，一是淨化電源，二是後備電源。但是隨著電網供電品質的持續改善和服務器電源性能的不斷提高，UPS的淨化電源作用已經完全失去意義，目前數據中心用UPS，基本就是用它的後備電源的功能。近年來，以效率高達99%的UPS交流直供運行模式來代替效率95%或更低的傳統雙變換運行模式正在成為國外許多大型數據中心的選擇。UPS不僅可以實現單機、並機、2N供電，還可以實現如圖6所示的UPS工作在雙變換或交流直供模式下與市電直供模式組成的2N供電係統。

2、HVDC電源供電模式

將儲能的接入點移到電源設備的輸出端，自然就誕生了基於直流輸出的HVDC電源供電模式。當然，這一供電模式要求後續的負載能接受直流供電，但令人慶幸的是絕大部分的數據負載電源如服務器等，雖然是交流輸入設計，但是交流輸入後還是通過半波或全波整流器把AC變換到DC來完成能量的輸入的，所以240V的DC直接輸入，從能量供給的角度看，基本與交流一樣，這就是HVDC能作為數據中心電源的理論基礎。圖7為HVDC供電模式與市電直供模式組成的2N供電係統（注意：這一市電直供途徑並不是HVDC電源的“旁路”，它不會實現不間斷的自動切換）。

HVDC電源與UPS一樣，都不是什麽新的供電係統。就設備本身來說，一直在就廣泛使用的電力係統變電站的二次電源就是“220V的HVDC電源”，最早代替UPS供電的HVDC設備基本都是這一電源的簡單翻版。但是將它大規模應用在數據中心領域，這確實是國內電源界的一大應用創新，為後續供電模式的討論注入了新的活力，為了與通信用DC48V區別，加了“HV”來加以區分。早期的過度宣傳中，說HVDC“隻有一級變換”、“高效節能”等，這純粹是誤導用戶，既不科學也不符合實際。就數據中心的應用來看，傳統UPS與HVDC應該各有千秋，兩者的結構特點如下表，選用什麽電源取決於用戶的維護水平與利益權衡。

3、天蠍服務器機櫃供電模式

把一個機櫃內的所有服務器內置電源模塊PSU取出，整合在一起構成機櫃級的DC12V電源輸出，同時把儲能後移到這一電源的輸出端，通過匯流銅牌向不帶PSU的服務器集中供電，這就是發布的天蠍服務器機櫃2.5的供電模式（目前的2.0，是一路市電，一路HVDC向整合的12V輸出電源供電，儲能設備依然在HVDC的輸出端）。這樣的供電模式，就可省略原先的UPS或HVDC供電係統，實現了市電向服務器機櫃直接供電的供電模式轉變，圖8為采用兩路市電直接供電的天蠍2.5機櫃的供電架構。

單從電源供電和節能的角度看，如果前端的電源效率已經達到了99%，采用這樣的電源架構是否還真的有必要，是一個需要全麵評估的問題。其它諸如儲能設備移到機櫃內的安全性問題，匯流排的低壓大電流問題，分布到機櫃的海量集中式機櫃電源的管理維護問題，將是後續應用需要認真關注的問題。

4、FacebookOCP架構供電模式

從DC電源的電壓等級看，48V是DC電源中應用最廣的電壓等級之一，Facebook就采用這一電壓來構成它的OCP電源架構。這一架構的本質同樣也是將儲能移到臨近服務器機櫃的專用電源櫃內，消除了上一級的集中式電源設備，直接在機櫃裏設置48V充電器給儲能設備（鉛酸電池）充電。產生的DC48V電作為備用電向服務器的PSU供電，而市電AC277V（美國製式的標準單相電壓，相當於中國的220V）作為服務器電源的主供電，如下圖所示。OCP架構需要定製服務器的PSU。

據了解，這一模式僅僅作為Facebook對服務器供電架構的一種有益探索，並沒有形成大範圍的推廣，Facebook主流的數據中心依然采用傳統的UPS模式供電。

5、微軟OCS服務器的LES架構供電模式

微軟的OCS服務器的LES架構與Facebook不同，它是把儲能設備（采用鋰電池）再向後端移動到服務器內部PSU的380V直流母線上，實現了更短距離對服務器板卡的供電，消除了上一級的電源設備，如圖10。儲能設備及其外加的變換電路直接並接在標準PSU的直流母線上，采用Buck/Boost雙向變換電路從直流母線直接引入DC380V電壓來實現電池的充放電，電壓選為DC380V可以達到更高的變換與傳輸效率。但是電池的備電時間不長，據報道小於1分鍾，這與國內動則10幾分鍾的後備時間相差巨大。

作為互聯網時代的巨頭，Google當然也不甘落後，也推出過自己的內置電池服務器，不同的是這種定製化服務器的電池為12V，直接並接在PSU的輸出端。正常情況由市電通過內部PSU轉換成12V進行供電，如果停電或主路供電遇到問題時，則由電池放電給服務器供電。相比於LES架構，Google服務器的電池的位置又往後移動了一小段，更貼近“板/芯片”。

從目前了解的信息看，無論是微軟的LES架構還是Google服務器，雖然理論上在供電架構上實現了市電向服務器的直接供電，消除了中間的變換環節的能源浪費和變換過程中諸多不可控的安全因素，但是實際上把鋰電池引入到服務器內部在目前的技術條件下可能導致的隱患更多，畢竟高強度的服務器運行環境不同於日常“休閑式”的筆記本電腦。猜測這可能也是為什麽這些運行模式並沒有在微軟和Google自身的數據中心大規模應用推廣的原因吧。

　　結束語

綜上所述，數據中心供電架構的本質還是解決“供電”和“備電”的問題，對“更直接供電—市電直接向服務器供電”和“更有效備電—儲能設備更靠近服務器板/芯片”的不斷追求，產生了各種各樣看起來有點神秘的供電方式，但是歸結起來看，供電架構發展的軌跡無非是集中供電和分散供電的不同表現形式而已，從90年代的分散供電，到2000年後的集中供電，再到現在業界對新的分散供電的追捧，曆史總是在驚人地輪回。至於實際建設中，選擇高度集中、微模塊集中、機櫃集中還是完全服務器級分散的供電方式，需要數據中心建設者根據自己的設計定位、資金投入、近遠期規劃、運行管理等來綜合衡量，尤其是對建設成本與運行成本的嚴格關注。

編輯：Harris

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