隨著企業(yè)和普通消費(fèi)者越來(lái)越認(rèn)識(shí)到云技術(shù)所能提供的益處，IT行業(yè)將呈現(xiàn)針對(duì)數(shù)據(jù)中心處理能力和存儲(chǔ)容量不斷增長(zhǎng)的需求。通過(guò)云技術(shù)，企業(yè)可以避免資本投入和運(yùn)營(yíng)自己IT設(shè)施的開銷，同時(shí)可以從任何地點(diǎn)訪問(wèn)信息，并且還可以能夠享受增強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析服務(wù)。消費(fèi)者現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更依賴于線上生活，他們不僅僅是喜愛(ài)社交媒體和一些照片共享的應(yīng)用，現(xiàn)在他們可以將其財(cái)務(wù)、賬單和其他信息委托給基于Web的服務(wù)，因而不再擔(dān)心由于硬盤存儲(chǔ)故障、盜竊、火災(zāi)或洪水造成的數(shù)據(jù)丟失。

因而，建立更多的數(shù)據(jù)中心或擴(kuò)大現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的容量都是非常必要的，但必須要考慮一個(gè)廣泛關(guān)注的問(wèn)題：這些IT巨獸的能源消耗。雖然技術(shù)進(jìn)步能夠在同樣大小的有限空間實(shí)現(xiàn)更高的處理能力或存儲(chǔ)器容量，但這卻提高了系統(tǒng)功率密度，而通常這些系統(tǒng)的總功率也是一個(gè)最受限制的因素。同樣需要關(guān)注的包括保持所有設(shè)備機(jī)架冷卻的能力，因?yàn)槔鋮s設(shè)備機(jī)架也增加了系統(tǒng)的能量需求。產(chǎn)業(yè)所需要的解決方案不再局限于專門為關(guān)鍵任務(wù)提供冗余或針對(duì)峰值需求的功率容量，而解決這個(gè)問(wèn)題的答案就是軟件定義功率（Software DefinedPower？）。

在不具備100%冗余情況下如何保證服務(wù)可用性

為了確保處理關(guān)鍵任務(wù)時(shí)的高可用性，三級(jí)或四級(jí)數(shù)據(jù)中心采用的電源架構(gòu)一般需要100%冗余。如圖1中所示，其中每個(gè)電源元件，包括從公用設(shè)施電源或發(fā)電機(jī)輸入，通過(guò)UPS備份，再到對(duì)各個(gè)服務(wù)器供電的配電單元，都是雙份重復(fù)配置。對(duì)于雙線服務(wù)器（dual-corded servers），這種冗余是必要的。但是對(duì)于處理不太關(guān)鍵工作負(fù)載的單線服務(wù)器（如測(cè)試或開發(fā)任務(wù)）而言，顯而易見(jiàn)，其一半的功率供應(yīng)并不是真正需要的。

即使一個(gè)數(shù)據(jù)中心只有30%的工作負(fù)載不重要，這意味著其總功率容量的15%可以釋放到為其他服務(wù)器供電。顯然，如何實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)關(guān)鍵是在更高級(jí)別管理電源，即采用軟件控制來(lái)了解哪些服務(wù)器正在運(yùn)行關(guān)鍵任務(wù)，哪些不是，并且相應(yīng)地連接電源，以確保冗余只用在真正需要的地方。

如何應(yīng)對(duì)峰值服務(wù)需求而不需擴(kuò)展到峰值功率

現(xiàn)代處理器都集成了許多省電功能。因此，CPU在空閑時(shí)消耗的功率可以顯著低于100%運(yùn)行時(shí)的功率。這種差異可以在服務(wù)器和機(jī)架級(jí)進(jìn)一步放大，特別是當(dāng)服務(wù)器的工作負(fù)載可能加劇功耗變化的情況下，使得規(guī)劃整個(gè)數(shù)據(jù)中心的功率容量非常具有挑戰(zhàn)性。例如，Google報(bào)告顯示，網(wǎng)絡(luò)郵件的平均-峰值功率比約為90%，而執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)搜索任務(wù)服務(wù)器的平均-峰值功率比要低于73%.

因此，即使根據(jù)最高的平均-峰值比來(lái)配備數(shù)據(jù)中心的功率容量也可能導(dǎo)致相當(dāng)大功率得不到充分利用。更糟糕的是，規(guī)劃人員在功率配備中還包含有一個(gè)安全緩沖區(qū)，以應(yīng)對(duì)實(shí)際峰值功率需求可能超過(guò)其理論模型的可能性。這在某種程度上就是為什么今天全球數(shù)據(jù)中心的平均功率利用率在考慮冗余配備之前仍然低于40%的原因。

克服這種 為了“預(yù)防萬(wàn)一”而過(guò)度配置功率，需要更好地了解動(dòng)態(tài)功率使用情況，不僅僅需要在服務(wù)器之間重新分配負(fù)載，而且還可能在時(shí)間上分配負(fù)載，把那些時(shí)間不是很關(guān)鍵的任務(wù)調(diào)整到一天較為空閑的時(shí)間段。圖2即闡述了這一問(wèn)題，并展示了一種稱為峰值平滑（peak shaving）的技術(shù)如何可以更好地滿足需求。

采用本地發(fā)電機(jī)組來(lái)補(bǔ)充功率僅適用于需求峰值具有相對(duì)較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，并在發(fā)生的時(shí)間上可以預(yù)測(cè)。相比之下，電池存儲(chǔ)則是一種更有效的解決方案，在功率需求提高時(shí)，這種技術(shù)采用智能軟件將負(fù)載切換電池，而在功率需求降低時(shí)則可為電池充電。

軟件靈活性和確定任務(wù)優(yōu)先級(jí)是解決之道

成功管理數(shù)據(jù)中心功率配備的關(guān)鍵是需要了解清楚服務(wù)器的工作負(fù)載，哪些是任務(wù)和/或時(shí)間關(guān)鍵型，需要進(jìn)行功率冗余，包括配備發(fā)電機(jī)組和UPS備份；哪些屬于不太重要，可以重新安排到一天中較為空閑的時(shí)段，甚至可以在供電故障中斷后可以重新啟動(dòng)。通過(guò)采用恰當(dāng)?shù)墓β氏到y(tǒng)管理，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者將可以避免時(shí)常擔(dān)心的“失電”局面。更令人高興的是，智能控制可以使功率冗余或未充分利用的功率容量得到釋放，從而可以提高數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)容量，而無(wú)需配備額外的功率容量。

軟件定義功率（SDP）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)上述功能。 SDP是建立在使用“數(shù)字電源”基礎(chǔ)上，其中調(diào)節(jié)電源輸出的正常反饋環(huán)路是采用數(shù)字式控制。數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)通常是將電源從交流轉(zhuǎn)換為直流，然后依照電壓從高到低依次將功率分配到服務(wù)器機(jī)架到服務(wù)器，最后分配給CPU和其他電路。數(shù)字控制允許調(diào)整這些中間和最終的負(fù)載電壓，從而優(yōu)化每個(gè)供電級(jí)的效率。 SDP技術(shù)更進(jìn)一步，可以監(jiān)控和控制所有電源的負(fù)載。

用智能控制能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)SDP

CUI公司通過(guò)與 Virtual Power Systems（虛擬電源系統(tǒng)）合作，已經(jīng)在針對(duì)IT系統(tǒng)的新型SDP解決方案中實(shí)施了峰值平滑的概念。智能能源控制（ICE？）系統(tǒng)結(jié)合了先進(jìn)的硬件和軟件技術(shù)，可以最大限度地提高功率利用率并優(yōu)化性能。機(jī)架式電池存儲(chǔ)和切換單元等各種硬件模塊放置在數(shù)據(jù)中心的戰(zhàn)略電源控制位置，以便于軟件對(duì)電源選擇進(jìn)行決策。 ICE操作系統(tǒng)能夠從ICE和其他基礎(chǔ)架構(gòu)硬件處收集遙測(cè)數(shù)據(jù)（telemetry data）以支持實(shí)時(shí)控制，通過(guò)使用功率優(yōu)化算法來(lái)釋放冗余的功率容量并平滑電源負(fù)載。

為了驗(yàn)證ICE的有效性，一個(gè)領(lǐng)先的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者進(jìn)行了測(cè)試并且證明可以從配備容量為80MW的系統(tǒng)中釋放16MW的功率。這一升級(jí)所需要的時(shí)間與配備額外16MW功率相比可忽略不計(jì)，而成本支出只有1/4，這還不包括降低目前運(yùn)營(yíng)支出所帶來(lái)的好處。

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