English Portuguese
 
16.05.2018   

Электропитание шкафов с оборудованием по стандарту Open Compute Project от Bel Power Solutions


OCP – современный стандарт проектирования ЦОД

Основные факты об OCP (OpenComputeProject)

 

  • Площадка или сообщество, которое продвигает и открыто делится унифицированными методами проектирования дата-центров
  • Начало положено в 2011г. компанией Facebook
  • На данный момент внедряется такими гигантами, как Facebook, Apple, Microsoft, Cisco, Juniper и др.
  • Несколько основных поставщиков серверного оборудования (Intel, AMD, HP…) поддержали проект, адаптировав формат своей продукции, и выпускают изделия в соответствии со стандартом OCP
  • Bel Power Solutions разрабатывает и производит источники питания, следуя стандартам OCP
  • Целью проекта является уменьшение строительных и эксплуатационных расходов. Экономия электроэнергии снижает операционные затраты. Экономия, а по факту реальная финансовая выгода, может составлять от 15% и более, в зависимости от масштабов.

 

 

Кооперация Facebook и Bel Power Solutions

 

Применение OCP и спецификации энергопитания в новых и уже существующих дата-центрах

Когда в 2011г. Facebook и другие гиганты индустрии запустили проект OCP, основной целью было скорейшая коммерциализация разрабатываемого ими железа (превращения инновационного продукта в рыночный товар), что привело бы к росту КПД и гибкости дата-центров. С тех пор OCP получил путь на рынок, превратившись во влиятельное сообщество, нацеленное на проектирование открытой архитектуры и инфраструктуры для ЦОД.

Среди основных достижений проекта является привлечение таких значимых игроков на рынке, как Apple, Cisco, Nokia и Google; рост количества и качества спецификаций OCP; а также расширение  в сторону других сегментов, например, телекоммуникационных дата-центров.

Список официальных членов сообщества можно посмотреть здесь:

http://www.opencompute.org/membership/membership-organizational-directory/

Некоторые из участников проекта

 

С самого начала своего существования OCP оспорил и переосмыслил традиционные подходы к проектированию ЦОД, противостоя идее, что нужно продолжать действовать в том же самом ключе, что и ранее, только из-за того, что это вошло в норму вещей. Такому подходу легко придерживаться, когда ты только выстраиваешь свою вычислительную инфраструктуру, как некоторые ключевые игроки в OCP, но это может вызвать трудности для организаций, которые уже серьезно вложились в, назовём её так, устаревшую инфраструктуру. К счастью, поскольку сообщество значительно выросло, спецификации OCP расширились, к примеру, и в сторону применения новых стандартов в уже существующих объектах.

Благодаря этому все операторы ЦОД берут стандарт OCP на заметку. Они всё чаще оценивают жизнеспособность спецификаций Open Compute Project, проектируя новые дата-центры, или расширяя уже существующие мощности. Они зачастую находят для себя в OCP возможности значительно снизить затраты и увеличить КПД, а также используют эти рекомендации – или принципы, стоящие за спецификациями – в своих конкретных условиях на своих объектах.

Помимо экономии в прямых затратах одним из принципов построения систем на базе OCP изначально являлись еще два ключевых момента:

1. Систематизация, возможность автоматизировать мониторинг и упрощение обслуживания

Каждый раз, когда узел выходит из строя, техническому персоналу необходимо прибыть на место и провести обследование обстоятельств выхода оборудования из строя. В том случае, когда все оборудование подчиняется директивам одного стандарта, его с легкостью можно подключить к общей системе мониторинга. Это снижает нагрузку на технический персонал, а также позволяет с легкостью отслеживать проблемные места в архитектуре и вести учет. В конечном итоге это снижает операционные расходы и стоимость владения.

2. Простота монтажа

Как часто бывает, что в нужный момент необходимый инструмент отсутствует под рукой; или для замены блоков требуется привлечение нескольких человек; или необходим демонтаж всего оборудования из-за одного неработоспособного блока. С шинной системой питания в стойках OCP и модульной конструкцией всего оборудования, его очень просто установить и заменить, не требуется прокладывать десятки различных проводов питания. Для ремонта обычно достаточно просто заменить дефектный модуль. Технический работник сканирует штрихкод блока со склада и устанавливает его в стойку. Система ведет учет остатков ЗИП. Снова простота и порядок, повышение надежности и снижение времени простоя. Как следствие экономия.




Серверы Facebook Generation V2 с силовыми полками Bel Power Solutions
 

 

Изменение формата шкафов с оборудованием. Rack and Power.

Одним из изменений, которые OCP внес в привычных представлениях о дата-центрах стала спецификация Rack and Power, которая переопределила размеры IT оборудования с традиционных 19 дюймов до 21 дюйма в ширину.

19 дюймовый габарит согласно OCP не располагал достаточным местом, чтобы пропускать достаточно воздушного потока и производить обслуживание современного IT оборудования. Расширение на 2 дюйма в ширину предоставляет больше пространства для проводки кабелей, упрощает установку серверов и сервисные работы, а также улучшает ток воздуха для повышения эффективности охлаждения ЦОД. Facebook стандартизировал 21-дюймовыей стойки в своих дата-центрах и это привело к коммерциализации таких стоек, а также к появлению продукции, которая соответствует этому форм-фактору.

Спецификация OCP Rack and Power, конечно, пошла дальше, чем ширина стойки. Она по сути отвязала проектировщиков от традиционной конфигурации серверов, расположив сервера, хранилища и электропитание на отдельных полках в стойке. Физическое разделение этих компонентов гораздо удешевило апгрейд серверов, например, если появляется новый процессор. Это также предоставляет значительно большую гибкость в компоновке стоек необходимым оборудованием.

Эти преимущества стали достаточным основанием, чтобы члены проекта OCP, которые не были готовы отказаться от своих 19” шкафов, согласились применить принципы спецификации Rack and Power и для стоек шириной 19”. Теперь проектировщики и операторы, которые хотят воспользоваться выгодными аспектами OCP, могут выбирать между 19 и 21 дюймовыми шкафами, с полным набором стоек, хранилищ, серверов и силовых полок, доступных для обоих габаритов.

Стойка Generation V1 с тремя силовыми полками и тремя сквозными шинами питания
 

Наполнение высокой плотности

Спецификации OCP были введены из-за потребностей, с которыми сталкиваются высокопроизводительные ЦОД, в основном, установленные «в полях», где стоимость недвижимости (земли) на самом деле низкая. В такой ситуации вычислительные мощности ЦОД, а также вся инфраструктура могут быть расположены на больших площадях и для них не существует высокой экономической целесообразности в малогабаритных стойках с высокой плотностью установки оборудования.



Дата-центр, расположенный в лесном массиве
 

Это привело к тому, что OCP стало поддерживать 13,2кВт оборудования в одной стойке. Такая мощность была достигнута путем использования двух силовых полок в одном шкафу, каждая из которых состоит из трех источников питания в конфигурации N+1. Каждая полка питает свою зону в стойке и подключена к контроллеру шкафа или к системе мониторинга системы для сбора данных о температуре, входной и выходной мощностях, потребляемой энергии. Силовые полки также могут включать в себя «smart box», который хранит данные на случай неисправности и проведения диагностики.

 
Схема шкафа Generation V2 с двумя силовыми полками и одной шиной на каждую полку
 

В то время, как внутри стойки отсутствует дополнительное пространство для новых силовых полок, вы можете достичь более высокой плотности в шкафе OCP, выбрав силовую полку более высокой плотности. Доступны варианты, которые включают в себя шесть 3кВт блоков в конфигурации N+1, занимающие всё те же 1U пространства. Это крайне эффективно и удваивает мощность одной стойки OCP.



Графики КПД класса Platinum (PFE3000) и Titanium (TET 3000)
 

Если взглянуть на кривые КПД современных источников питания Bel Power Solutions, можно увидеть, что использование этих силовых полок не ставит под угрозу общий КПД, даже когда реальная потребляемая мощность стойки гораздо ниже максимальной питающей мощности. Эти источники питания обладают максимально возможно плоским графиком КПД на протяжении всего диапазона загруженности.
Эти кривые также подчеркивают разницу между стандартами 80Plus Platinum и Titanium. Дата-центры, которые борются за максимальный уровень КПД, должны использовать преобразователи уровня Titanium. Однако очень важно правильно интерпретировать эти графики с точки зрения реально ожидаемых потребностей в мощности, которые будут востребованы в проектируемом ЦОД, перед тем, как сделать окончательный выбор. В то время, как источники питания Titanium обладают повышенным КПД на некоторых отрезках графиков, КПД сегмента Platinum может быть лучше на других отрезках, например при низкой нагрузке или, наоборот, при максимальной. Сравнение каждого из них в тех точках диапазона, где вы планируете их эксплуатировать, может помочь принять решение: гарантирует ли вам переплата за блок уровня Titanium прирост КПД в реализации конкретно вашего проекта!?
https://ru.wikipedia.org/wiki/80_PLUS
 

Уровни эффективности внутри 80PLUS
 

Вопрос выбора напряжения
 

Одной из сложных задач для разработчиков ЦОД является выбор входного напряжения в стойках и выходного напряжения от силовых полок до серверов. Ранее общепринятыми считались 208В на входе стойки и 12В подавались уже конкретно на IT оборудование. Но разработчики ищут пути для снижения затрат в критичных цепях распределения энергии, преобразования и понижения напряжения, предлагая альтернативные пути реализации.

OCP в свою очередь предлагает подавать 277/480В (230/400В в Европе) от трансформатора до стойки, пропуская стадию понижения до 208В. Это создает 2,5% преимущества в КПД в сравнении с 208В без внесения существенных изменений в подведение питания до шкафа с оборудованием.

Некоторые проектировщики видят потенциальную возможность шагнуть еще дальше. Почему бы, например, просто на просто не выпрямлять 480В, поставляемых на дата-центр и запитывать стойки постоянным напряжением 380В? Это добавило бы дополнительные 1-2% в сравнении с OCP, но это в свою очередь встречает сопротивление операторов ЦОД, не желающих эксплуатировать высоковольтные линии DC в дата-центрах. К тому же, такое оборудование, как, например, вентиляторы, требуют питания от AC, что вызывает затруднения. Впрочем, КПД постоянного напряжения выглядит крайне привлекательным, и это не будет удивительно, если такой подход найдет больше приверженцев в будущем. Силовые полки OCP могут быть сконфигурированы для использования с 208VAC, 277VAC (230В в Европе и России) или 380VDC.

Выходное напряжение также может быть различным. В первоначальных описаниях OCP было указано 12VDC от силовой полки до оборудования, которые могут потреблять большинство разработанного серверного оборудования. Но когда Google вступили в OCP в 2015г., они разработали описание OCP для 48VDC от силовых полок. Google являются сторонником использования такого напряжения по той же причине, почему OCP рассматривает также и возможность питания нагрузки высоковольтным постоянным током: чем выше напряжение, тем выше КПД.

Питание серверов 48В понижает падение напряжение на проводящей шине и коннекторах на 16% (принимая во внимание применение одного и того же проводника по всей секции), увеличивая общий КПД в сравнении с 12В. Наибольшим преимуществом 48В, однако, является то, что эта технология является более перспективной ввиду возможности реализации более высоких потребностей в мощности. Это сложнее реализовать на 12В шине из-за сильных токов.

До тех пор, пока Google не примкнул к OCP, единственными серверами, которые поддерживали 48В, были только те, которые, собственно, и производились для Google. Еще пока рано предугадывать, приведет ли появление 48В спецификации OCP к популярности 48В серверов, но стартовые шаги многообещающи. Если вы стремитесь достигнуть высочайшего возможного КПД и готовы осуществлять проекты с ограничениями современного рынка 48В оборудования для серверов, то это может быть весьма вероятной альтернативой, которую при всем при этом поддерживает современное поколение источников питания.

Дальнейшим развитием возможностей электропитания вступает в игру на рынке телекоммуникационных компаний, которые переходят на проектирование дата-центров. Телеком операторы имеют давнюю историю работы с оборудованием -48В. С тех пор, как они стали от коммутаторов со специализированным железом переходить к ЦОД со стандартизированным оборудованием и программно управляемыми сервисами, они начинают заменять свое специфическое оборудование на серверы, работающие от 12В с промежуточными -48В -> 12В DC/DC силовыми полками. В будущем они могут мигрировать к серверам, напрямую запитываемыми от 48В.


 
Преимущества высокого КПД
 

Типовой 1Мвт ЦОД потребляет порядка 16кВт-ч электроэнергии в год – сопоставимо с 1400 средними домохозяйствами. Потребление всех дата-центров Google составляет порядка 300МВт. Поэтому высокий КПД является весьма весомым фактором в выбор архитектуры.
 

  • Экономия электроэнергии (кВт-ч)
    • Источники питания с высоким КПД напрямую экономят 300кВтч на единицу сервера в год
    • Повышение общего КПД понижает затраты на системы охлаждения
  • Пиковые мощности (кВт) – источники питания с высоким КПД экономят 34Вт на сервер в период пиковой нагрузки
  • Увеличенная надежность системы – уменьшение нагрева оборудования повышает надежность на величину до 40%
  • Пониженные затраты на эксплуатацию систем – увеличенная надежность понижает ремонтные затраты и снижает нагрузку на техподдержку
  • Снижение совокупной стоимости владения – повышенная надежность, сниженные расходы на эксплуатацию и продленный срок жизни оборудования, совмещенные с экономией электроэнергии существенно снижают общие затраты на владение ЦОД
  • Повышенный комфорт – пониженное тепловыделение минимизирует потребность в шумных вентиляторах

 

Bel Power Solutions является мировым лидером по КПД источников питания для ЦОД

Повышение КПД с 94% до 96% требует от разработчиков источника питания снизить потери в тепло на 35%! С такими серьезными вызовами постоянно справляются специалисты Bel Power. Bel Power Solutions стремятся использовать лидирующие технологии и уровни КПД для снижения потерь электроэнергии.


Изменение потерь в тепло при переходе от одного уровня КПД к другому
 

 

Open Compute – Generation V1
 

Одной из первых компаний, скооперировавшейся с Facebook для производства вначале серверов, а затем и архитектуры питания стоек согласно OCP, стала компания Bel Power Solutions (в то время под маркой Power-One). В целях повышения КПД и понижения стоимости владения (OPEX), в первых поколениях серверов Facebook устанавливалось по 1 блоку питания, т.к. даже функционирующий в пассивном режиме запасной блок питания потребляет энергию. Это делало решение в целом менее надежным. И если первые три поколения серверов имели в своем составе источники питания, то в дальнейшем от них отказались в пользу вынесенных силовых полок.



Силовая полка Generation V1 и ее КПД
 

Такая конфигурация выдавала 4,2кВт в конфигурации N+1 с пиковым КПД 95,2%. В этой системе помимо проводов, подающих переменные 220В на вход силовых полок, были также размещены 3 силовые шины для передачи постоянного напряжения к серверам внутри шкафа. В стойке для достижения общей мощности 13,2кВт были установлены три такие силовые полки.

Напомним, что переход к такой конфигурации позволил Facebook значительно повысить надежность своих серверов (исполнявшихся без резервирования питания), при этом сохранить КПД и экономичность.

Open Compute – Generation V2

С развитием архитектуры OCP Rack and Power во втором поколении были внесены дальнейшие изменения. Как уже не раз упоминалось, преобразование напряжений значительно влияет на КПД и на OPEX (занимаемые площади, выделяемое тепло и т.д.). Поэтом неудивительно, что возникла идея реализовать резервированное питание с аккумуляторными батареями (АКБ) прямо по месту нагрузки. Сама стойка была изменена следующим образом: на вход подается 3ф напряжение 400В, а количество шин постоянного тока 12В сокращено до 1 шт.



Стойка Generation V2

 

В силовой полке, расширенной до 2U и общей мощностью 6600Вт (3х3300Вт в системе N+1) теперь устанавливаются не только однофазные блоки питания горячей замены, но также и три Li-Ion батарейных модуля (battery back-up units, BBU) по 3600Вт каждый, также с возможностью горячей замены. В одном шкафу устанавливается 2 силовые полки с АКБ.

 

Структурная схема стойки Generation V2
 

 

Такое изменение структуры потребовало изменить и идею питания от самих преобразователей:

  • Блоки питания в конфигурации 2+1 выдают 6600Вт с напряжением 12,6В в режиме активного разделения нагрузки
  • Блоки разработаны по стандарту 80Plus Titanium с КПД >95,5% при 50% нагрузки
  • Они же в такой конфигурации 2+1 питают дополнительно 600Вт с напряжением 54В
  • BBU заряжаются напряжением 52,5В
  • Цифровые интерфейсы позволяют осуществлять полный контроль, программирование и управление блоками.

 

 

Сравнение структурных диаграмм типичного ЦОД и ЦОД с ИБП в стойке Generation V2
 

Доступные конфигурации силовых полок
 

Помимо описанных выше частных случаев в портфолио Bel Power Solutions производят полки для применения в совершенно разных структурах OCP, например:

  • AC/DC 18кВт в 1U с выходом 12В
    • Двойной 3фазный ввод
    • Монтаж в стойки с 1 шиной или с 3 шинами 12В
  • DC/DC 15кВт в 1U с выходом 12В
    • 2 входа по 250А с входным напряжением 40-72В
    • Монтаж в стойки с 1 шиной 12В
  • HV DC (высоковольтный вход) до 18кВт в 1U с выходом 12.3В
    • Два ввода с номинальным входом 380VDC (240-380)
    • По 3 модуля запитываются от каждого ввода
    • 1 шина
  • AC/DC 24кВт в 1U с выходом на 48В
    • Двойной 3фазный ввод
    • 1 шина
  • Для всех моделей
    • Встроенный контроллер, управление по Ethernet или I²C
    • Резервирование (3+3) или (5+1)

 https://www.belfuse.com/open-compute-data-center-solutions



Силовые полки Power Rack в исполнениях  с 1 шиной и с 3 шинами
 

 

Блоки питания горячей замены изготавливаются в диапазоне мощностей от 600 до 4000Вт в классах 80Plus Platinum или Titanium. Вскоре должны появиться первые модули мощностью 6000Вт.

Различные модели источников питания для Power Rack от Bel Power Solutions
 

 

Шаг навстречу OCP
 

Поскольку OCP всё более крепнет, его стандарты находят все более широкое применение и встречают новые потребности. Выполняя задачу улучшения КПД и гибкости начинки ЦОД, OCP помогает продвигать новые подходы к проектированию, которые имеют широкий ряд преимуществ в этом сегменте. В то время, как не каждый готов перенять для себя подходы OCP, разработчикам и проэктировщикам ЦОД в первую очередь стоит хотя бы обратить внимание на то, как Open Compute Project формирует направления развития оборудования и обустройства дата-центров.
 
Компания Argussoft является официальным дистрибьютором продукции Bel Power Solutions. Мы всегда готовы оказать поддержку по вопросам реализации Open Compute Project, предоставить минимальные цены, образцы продукции, а также привлечь представителей компании Bel Power для кооперации и решения сложных задач.

С вопросами можете обращаться на krupin@argussoft.ru


 

Полезные ссылки:

https://www.belfuse.com/resources/applicationnotes/powersolutions/app-note-BPS-applying-open-compute-rack-and-power-specifications-to-new-and-existing-data-centers.pdf
https://www.belfuse.com/resources/Brochures/PowerSolutions/br-BPS-datacenters-brochure.pdf
https://ru.wikipedia.org/wiki/80_PLUS
https://www.belfuse.com/open-compute-data-center-solutions
https://en.wikipedia.org/wiki/Open_Compute_Project

Информация предоставлена: https://www.belfuse.com/

 



Версия для печати
Назад

Место проведения*:
ФИО*:
Телефон*:
Электронный адрес*:
Организация*:
Должность*:
Security code
* - обязательные поля
X
 
Надежность пароля:
 
Security code
X