雖然可能有普遍相反的看法,但5G系統已不再僅僅是各大電信公司的研究主題或產業論壇的演講焦點。現實是,主要的OEM將在未來幾年部署5G系統,這意味著發展正快步向前,例如,愛立信(Ericsson)與NTT DoCoMo合作,旨在日本推出5G服務,以便及時支援2020年東京奧運;愛立信預計在韓國2018年冬季奧運期間展示5G能力的項目也在準備中,這次是與韓國ST電訊合作。

基於5G網路技術的資料服務將可更快地線上存取更多資料。資訊的即時性將支援許多當今先進的技術應用——如自動駕駛汽車和虛擬實境(VR)或擴增實境(AR)系統——以省去本機存放區的資料,並轉而依賴於雲端。

為使其發揮效率,網路延遲需要小於1ms。這不僅需要在資料中心安裝5G基礎設施,還要求資料中心同時靠近使用者及為其服務的蜂巢RF發射塔——而如果資料中心遠在250英哩外則會鞭長莫及!雖然資料仍需駐留在上游,但在更遠的網路邊緣也需要能立即連接它們,這種變化潛在否定了將資料中心選址在靠近能為其提供巨大能源的發電廠附近,或在冷卻需求小、額外能源需求低的氣候環境中的趨勢。

解決方案的一部分在於微資料中心近期的成長,其資料容量較低但數量較多,將足以支持這種更為分散的雲端基礎架構。即使如此,電力公司供電仍可能會捉襟見肘,因此,資料中心內提供的所有可用電力容量可以有效利用和使用變得更為重要。再者,對於電力充足的主要城市週邊地區的微資料中心來說,這可能不成問題,但對基礎設施尚未發展的偏遠鄉村地區來說就有問題。這些系統不能保證鎖定容量,只是因為它們被設計成滿足峰值需求或為關鍵任務提供冗餘。

這就是解決方案的另一部分部署基於軟硬體組合的軟體定義電源(SDP)的原因——它可以在整個資料中心範圍智慧、動態地分配電力。不過,在深入研究解決方案之前,讓我們先更清楚地瞭解問題,基本上,傳統資料中心的電力分配和管理涉及三種情況,導致其容量需求被過度規定和利用不足。

第一,在三級或四級資料中心,需要為關鍵任務提供100%的冗餘。這意味著電源路徑中的每個元件——從外部供電和備用發電機,到不斷電系統(UPS)和配電單元(PDU),再到伺服器機架和各個伺服器都是備份的,即使不是所有的伺服器都有備份(因為它們不需要執行關鍵工作),這種情況通常也是如此。因此,如果一半的資料中心工作量是非關鍵的,那麼為這些伺服器準備的冗餘電力容量的一半也就不是必需。也就是說,資料中心的總電力容量中有四分之一被閒置,因為其已分配給這些伺服器備用,即使其只是理論上可用。

然後有兩種情況,其中需要調整電力供應以應付峰值負載。一種情況由CPU利用率和正在執行的任務類型決定,其中某些任務不可避免地比其他任務需要更頻繁地處理。例如,Google已經表明,處理網路郵件的伺服器的均峰功率比為89.9%;而網路搜尋負載的功率比較低,為72.7%,因此,若將所有伺服器的功率都按處理Web郵件所需來指派,那就意味著僅用於網頁搜尋的伺服器至少會有17%的剩餘電力容量。

另一種使用情況是負載隨時間變化。這可能是一整天中出現的負載模式,但也可能是由取決於正在執行任務的高度動態變化所致。例如,伺服器機架的實際功率通常可能是8~10kW,但如果峰值需求達到16kW,那麼就需要提供16kW的功率。

如前所述,SDP為資料中心的電源管理提供了解決方案,無論是對於傳統的雲端運算和儲存要求,還是對於為低延遲5G應用服務所需的更靈活微資料中心。SDP支援從對伺服器機架內的分散式電源架構的電壓進行最佳化,直到動態管理電源並實現調峰的一切。調峰解決了其峰值可能遠高於標稱需求水準的動態負載變化問題。這種在低利用率期間將能量儲存到電池中的能力,允許按需瞬間回應電力激增,從而避免對供電能力的過度設計,如圖1所示。

20170809NT01P1 圖1 在低電力利用期間將能量儲存到電池中,可以按需瞬間回應電力激增,從而避免對供電能力的過度設計。

Virtual Power Systems(VPS)與CUI合作提供了一種智慧電源控制(ICE)方案,它包括來自CUI的電源切換和鋰離子電池儲存模組,以及來自VPS的作業系統,可以透過從非關鍵任務系統釋放冗餘功率容量,管理負載分配和最大化利用率,將伺服器電源安裝的總成本降低達50%。