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传统的集中式UPS系统有以下弊端:
1. 单点失效。数据中心的关键负载对电源可靠性有很高的的要求。然而,集中式的UPS设计可能会因为UPS故障而造成数据中心的计算负载掉电。
2.备用UPS增加了系统的成本。如图2-(a),为了减小单点失效的风险,备用UPS系统与主UPS并联提供冗余UPS电源,但同时也使得UPS系统的成本增加了一倍。
3.制约了数据中心的扩展。随着互联网时代数据的爆炸式增长,服务器扩展是数中心不可避免的问题。集中式的UPS成了制约数据中心扩展的瓶颈。而升级或者更换UPS都需要大量的资金投入,更糟糕的是会打断数据中心的正常运行。
4.UPS能效差。通常,UPS系统都是按照系统的最大负载功率来设计的,但实际上,真实负载功率在大部分时间都不到最大负载功率的一半。图1是UPS的能效曲线。可以看出真实负载与额定负载的比例越小,UPS能效越低。
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图1 UPS的能效曲线,是真实负载与额定负载百分比的函数
一种分布式UPS设计增加了系统的可靠性,可扩展性和电源管理的灵活性。目前被应用的有两种方案,一种是被facebook采用的机架级UPS系统,一种是被google采用的服务器级UPS系统。与集中式的UPS系统相比,分布式UPS系统有下列优势:
1.没有了单点失效的风险。
2.不需要备用UPS。
3.扩展数据中心时,增加新的UPS即可,不需要升级已有的UPS系统。
4.通过服务器聚集和虚拟化等管理机制可以提升UPS的整体能效。
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图2 (a)集中式UPS系统;(b)机架级的分布式UPS系统;(c)服务器级的分布式UPS系统
分布式UPS系统提升了数据中心电源管理的灵活性的同时也增加了电源管理的难度。相关的调度机制和算法需要进一步研究。
参考文献:
[1]N. Rasmussen, "Electrical Efficiency Modeling of Data Centers," APC White Paper #113, Revision 1, http://www.apcmedia.com/salestools/
NRAN-66CK3D_R1_EN.pdf
[2]V. Kontorinis, L. Zhang, B. Aksanli, J. Sampson, H. Homayoun, E. Pettis, T. Rosing, and D. Tullsen, Managing Distributed UPS Energy for Effective Power Capping in Data Centers, International Symposium on Computer Architecture (ISCA), 2012