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王其英:概述數據中心供電系統的發展

來源:機房360 作者:王其英 更新時間:2013-6-7 15:10:20

摘要:為什么要談發展?談發展是為了讓大家了解歷史,為什么了解歷史就是為了很好的了解現在。如直流的UPS在70年代就有了,但有人說它是新東西,還有的人說UPS出了幾年,那是你不了解歷史,因為高配級UPS在90年代就出了。

  早期的計算機房與供電系統,UPS是為保護數據而問世的,早期UPS及分類,當今供電系統的分類,云計算及數據供電系統的特點,目前供電系統中的兩個誤區。早期的計算機跟現在不一樣,早期的計算機控制臺就是現在的鍵盤,那個控制臺就像咱們兩個桌子這么大,儲存器一個規則,轉換器就是接口,運算是叫運控,每個個都是大柜上,咱們國家最早的是在國際上第一臺半導體計算機,運算速度是10萬次,所以說占機房大概將近200平米,那時候是大的得了,所以說供電系統就從那個時候產生了,那臺計算機是1963年問世的,所以說到現在已經50年了。
  
  供電系統并不是逐漸起來的,而是一開始就有的,這個時候供電的電源和計算機同機房的,必須在一個機房里面,因為那個時候的配電,正負5V、正負24V都是單個供的,但是在那個時候的亂跟現在可不一樣,那時候要向計算機輸一個題目不像現在簡單,那時候進不去的,那個時候怎么辦?把你的題目變成6161最基本的輸入,變成那個以后在8位的詞代上穿孔,穿孔兩天有一個錯了,那就要補費很大勁,就跟放映帶似的,同機器里光電輸,光輸入一個題目的過程就用的可想而知,但是那個時候運算速度慢,那是進口的計算機運算速度5萬次,現在是多少億次,就高也高不過十萬次,慢慢的運算運算運算事件出故障了,只要一斷計算機里一片空白什么都沒有,還要用廣電機再往里面輸這個時候損失就最大了,于是計算機就向電源提出了一個要求,如果電源出故障,出故障的那一瞬間給我一個信號,電源再能維持5秒鐘的供電時間就可以把運算的現場保存存儲器里面,于是就出現了第一代UPS。
  第一代UPS是咱們國家從英國買的,給1900計算機配了一臺20千伏安的UPS,那個時候不懂,就是一個20千瓦的發電機帶著5噸重的大飛輪,機器啟動的時候一分多鐘才能達到1500兆,這么一來當試點停電的時候,就憑借飛輪的慣性延遲5秒鐘解決問題了。所以UPS一出現就是為了保護數據,UPS和計算機就是孿生兄弟。但是這效率太低了,只有5秒鐘,所以說以后就出現了市電蒸餾,蒸餾以后給電池存電,由電動機帶動發電機,這樣就可以延長時間了——這個方案就用在了國家發射第一顆中級導彈的測量船上。這在那個時候是最先進的了。
  到了后來,在60年代的后期,蒸餾機可以做了,就出現了第二代UPS。一開始是4個變壓器,現在變成了一個。什么是4個變壓器?那是1972年尼克松訪送給我們的,一臺35千伏安,一臺50千伏安,放在了沙河的維修地面站。咱們的劉秀榮老師就維護過那兩臺機器,那個機器就4個臺階,所以說4個變壓器。不管怎么說,這時候我們就有了可以靜止變換的UPS了,于是就開始咱們的第二代。在電源學會的歷史上,蔡雪珊老師(清華大學的教授),給它起個名字叫旋轉發電機式UPS。這種UPS一直延用到現在,供電電源與計算機開始分級運行,但UPS的噪聲非常大,噪聲達到了80多分貝。
  盡管如此,兩種UPS的出現提高了供電系統的質量,實現了不間斷供電,但是到后來,這個時間不夠用,于是就提出了長延時。
  第一代長延時出現在北京海淀區五道口工行分理處,那個時候的用電不足,海淀區要停電,正好五道口賣冰箱,但海淀區周四停電了,買冰箱的因為停電在銀行取不出錢來,到第二天再去買時冰箱已經漲了100塊錢,就產生了矛盾,于是工行提出來做出了第一臺延時8小時的UPS。
  UPS出現為供電系統的完整完善了條件,但是供電的可靠性受到了影響,然后就出現了串聯,因為ATS的聲音太大,在此后又出現了STS代替ATS。但是STS的出現也帶來了負面的影響。
  不管怎么說,通過慢慢的發展,供電分成了4個等級。G1是單機供電,G2就是雙機供電,但是雙機供電又出現了新問題;到了后來出現雙電源的服務器時,又出現了G3供電方式,采用一路用市電一路用UPS;再后來就到了G4供電方式。G4是咱們國家的A級標準,這是兩種獨用的,供電的規模加大了,所以說從現在開始又開始計算機和電源分開運行的方式。
  云計算和大數據供電系統的可靠性、可用性要求較高,是必須采用G4的供電方式。這樣用的容量太大了,節能的需求來了——節能是硬指標。供電系統作為整個信息中心的一部分,在配電方面也是容易容錯,在滿足要求的前提下,系統越簡單越好的,系統復雜了PUE說什么也達不到,構成系統后必須要嚴格驗收,最好是第三方驗收。比如說提供的STS它自己的指標切換時間是4到6毫秒,我們驗收的時候200毫秒,它的性能能達到,并不是裝上性能就不行了,是它沒調試好。到后來我們提出來,必須讓它調試,前后斷斷續續用了兩年的時間。
  機房是越來越多,現在管理起來也相當困難了。這是咱們國家的一個數據中心,據說是有20萬臺以上的服務器在工作,這樣咱們的供電就不一樣了,需要采用雙電源供電,而且是含有發電機來備份(發電機并聯使用),制冷系統也是非常的龐大。
  但是雙電源供電并不意味著一切都好,你得到一些什么東西必須失去一些什么東西,比如說100千伏,我有3臺60千伏萬供電2+1,每個供電功率是1/3,也就30多千伏,如果雙電源一供,每個輸出1/6,16千伏萬能漲百分之多少?規模上去了,效率低了,可靠性低了。在用STS時,如果到了非用不可的情況下,建議用小型的不要用大功率的,一壞就壞一片。
  現在節能的也出現了節能新方式,就是把原來的ECO供電方式,加上電以后,到電壓為零的情況下就使用旁路供電。因為UPS關掉會受到影響,現在的供電方式不關掉,這么一來即使干擾來了以后也不怕了。這為以后的節能打下了堅實的基礎。實際上兩路都可以,臺灣300多臺UPS都是這么工作的,為了提高UPS的可靠性也做了配置,每一個機柜不是從一路電來的,都有兩路電,互相交叉。
  有人認為UPS變壓器靠干擾,在做數據中心的時候,如果不放變壓器心里一點不踏實。上海的一個信息中心為了人生安全,一開始放了變壓器,但開機開不起來。火線和零線如果電流一樣的話,在這個變壓器的刺激干擾下是沒有電壓的,當一加電的時候,干擾就會分兩路,開機開不起來。新加坡的一個設計,加了一個隔離變壓器,加了以后截地,照樣挨電,認為變壓器抗干擾。所以說現在有些原來的列頭柜一看都是一個開關,現在加上了電壓器后,原來柜子30多公斤,現在一噸多。張廣明老師說變壓器肯定不抗干擾,認為變壓器抗干擾是誤解。所以放上變壓器多了兩個故障點,是一個小事情,現在不行了,多了一個輸入開關又多了變壓器,多了1G的損耗。
  對UPS的認識,還存在不少的誤區,在此就不一一述說了。
  責任編輯:Mary

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