谷歌數據中心供電系統剖析
圖1是谷歌某個數據中心外部供電照片,由于谷歌的數據中心體量通常都很大,比如達到30-40M以上的用電,因此往往機房周邊專門區域建設有專用的變電站給龐大的機房供電。
由于篇幅有限,變電站及中壓部分就不再展開,但其總體思路是采用中壓配電輸送到機房周邊,靠近負載就近經變壓器降壓成低壓,再通過低壓母線輸電到機房內的IT機柜上。從圖1我們可以看到模塊化的戶外型變壓器及低壓配電柜環繞機房周邊,采用集裝箱型的柴油發電機組作為變配電的供電投切備份,柴發風管直立到屋頂上排風。經過變壓器變壓后的市電通過母線槽或者線纜直連到機房內的機柜上方,直接給自帶分布式UPS的服務器供電。
圖2則是谷歌數據中心內部的俯視圖,從這個照片我們可以看到市電經前面描述的室外變壓器降壓后直接通過母線槽的方式架設在每排機柜頂部,再用機柜頂部的配線盒連接到每個機柜PDU,具體細節我們后面會介紹。由于谷歌定制的服務器上自帶有分布式小UPS,因此谷歌的數據中心內部不再有UPS室和電池室等,也沒有列頭柜等二次配電環節,每個服務器直接采用市電直供技術,達到接近99.9%的供電效率。如圖3(a)所示的每個機柜直接從機柜頂部母線槽上安裝的配線盒取電,這種供電架構非常簡單清爽,大大減少了線纜的采購和工程施工,而且非常靈活便于機柜擴充和帶電檢修維護等,運營起來也非常簡單,還可以根據機柜的功率和用電可靠性情況靈活調整配線盒來滿足不同設備的供電需求。此外,變壓器、中低壓以及柴發供電外置,且無集中UPS和電池等,機房內的空間利用率也非常高。
如圖3(b)所示谷歌的帶小UPS的市電直供服務器大家都應該非常了解了,這里不再詳述,只簡做要介紹。其原理是在服務器內安裝底部的12V黑色鉛酸電池用于市電停電保護,市電正常時候,由于沒有外部UPS,市電直接給服務器供電,達到99.9%的供電效率;當市電停電后,直接掛接在12V輸出上的電池短時放電,直至室外的柴發啟動恢復服務器電源帶載。電池參與放電的時間基本不到一兩分鐘,因此電池的容量很小,大約只有3.2Ah,備電時間遠遠小于傳統數據中心15到30分鐘的電池備電需求,因此對柴發的啟動要求很高。
我們前面知道谷歌的柴發是模塊化直接安裝在變壓器旁邊的,很有可能是低壓柴發,其啟動很快。而且每臺柴發對應一個變壓器,沒有復雜的柴發并機以及啟動時序等問題,因此正常情況下柴發啟動時間可以控制在十幾秒以內,一兩分鐘的電池備電時間基本上是夠了,但這對運維水平要求就非常高了。當然谷歌的軟件架構和業務備份方面也足夠強壯,甚至部分設備停電也不會影響到業務正常運行,因此只有強大的技術實力才可以采用這種供電架構。
圖4是谷歌三聯柜102a-c的正視圖,以及頂部配電系統100,后者不僅給三聯柜服務器供電,還給相關的空調等支撐設備供電,比如機柜頂部的風扇等。三聯柜底部裝有滾輪105,用于支撐機柜,并且方便現場運營人員靈活搬運,每個機柜高度約為30個導軌,估計每個設備高度約1.5U,總計高度45U左右,整個三聯柜總共有90個設備安裝空間。這種設計使得整個三聯柜不會太高,無需凳子或者梯子等來協助。三聯柜橫向寬度方面也不會太寬,叉車等工具可以簡易搬遷,甚至現場安裝人員可以徒手在數據中心內很容易搬動到需要的地方。
空氣循環單元107會被安裝在背靠背的兩組三聯柜之間,該單元包含兩組三聯柜之間的鎖固框架,以及一到兩個的空調盤管,還有熱通道頂部的一些風扇等。三聯柜排出的熱空氣可以進入框架內,然后被空調盤管制冷,最后從頂部的風扇
責任編輯:何健
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