提高數(shù)據(jù)中心處理能力，從部署5G系統(tǒng)方案開始

雖然可能有普遍相反的看法，但5G系統(tǒng)已不再僅僅是主要電信公司的研究主題或行業(yè)論壇的演講焦點。現(xiàn)實是，主要的OEM廠商將在未來幾年部署5G系統(tǒng)，這意味著發(fā)展在快步向前。例如，愛立信與NTT DOCOMO合作，旨在在日本推出5G服務，以便及時支持2020年東京奧運會。愛立信打算在韓國2018年冬季奧運會期間展示5G能力的項目也在準備中，這次是與韓國ST電訊合作。

即將提供的基于5G網(wǎng)絡技術(shù)的數(shù)據(jù)服務將可更快地在線訪問更多數(shù)據(jù)。信息的這種即時性將支持許多當今先進的技術(shù)應用——如自主駕駛汽車和虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實系統(tǒng)——以省去本地存儲的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)而依賴于云。

為使其發(fā)揮效率，網(wǎng)絡延遲需要小于1ms。這不僅需要在數(shù)據(jù)中心安裝5G基礎(chǔ)設(shè)施，還要求數(shù)據(jù)中心同時靠近用戶及為其服務的蜂窩射頻發(fā)射塔——而如果數(shù)據(jù)中心遠在250英里外則會鞭長莫及！雖然數(shù)據(jù)仍需駐留在上游，但在更遠的網(wǎng)絡邊緣位置也需要能立即訪問它們。這種變化潛在否定了將數(shù)據(jù)中心選址在能為其提供巨大能源需求的發(fā)電廠附近，或在冷卻需求小并因此額外能源需求低的氣候環(huán)境中的趨勢。

解決方案的一部分在于微數(shù)據(jù)中心近期的增長，其數(shù)據(jù)容量較低但數(shù)量較多，將足以支持這種更為分散的云基礎(chǔ)架構(gòu)。即使如此，電力公司電力供應仍可能會捉襟見肘，因此，數(shù)據(jù)中心內(nèi)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。再次，對于電力充足的主要城市周邊地區(qū)的微數(shù)據(jù)中心來說，這可能不成問題，但對基礎(chǔ)設(shè)施還欠發(fā)達的偏遠鄉(xiāng)村地區(qū)來說就有問題了。這些系統(tǒng)不能保證鎖定容量，只是因為它們被設(shè)計成了滿足峰值需求或為關(guān)鍵任務活動提供冗余。

這就是解決方案的另一部分來自基于軟硬件組合的軟件定義電源（SDP）部署的原因——它可以在整個數(shù)據(jù)中心范圍智能動態(tài)地分配電力。不過，在深入研究解決方案之前，讓我們先更清楚地了解問題?；旧希瑐鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)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(guī)定和利用不足。

第一，在三級或四級數(shù)據(jù)中心，需要為關(guān)鍵任務工作提供100%的冗余。這意味著電源路徑中的每個元件——從外部供電和備用發(fā)電機，到不間斷電源（UPS）和配電單元（PDU），再到服務器機架和各個服務器都是有備份的。即使不是所有的服務器都有備份（因為它們不需要運行關(guān)鍵任務工作），這種情況通常也是如此。因此，如果說一半的數(shù)據(jù)中心的工作量是非關(guān)鍵的，那么為這些服務器準備的冗余電力容量的一半也就不是必需。也就是說，相當驚人，數(shù)據(jù)中心的總電力容量中有四分之一被閑置，因為其已經(jīng)分配給這些服務器備用，即使其只是理論上可用。

然后有兩種情況，其中需要調(diào)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(zhí)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的處理。例如，Google已經(jīng)表明，處理網(wǎng)絡郵件的服務器的均峰功率比為89.9%，而網(wǎng)絡搜索負載的功率比較低，為72.7%。因此，若將所有服務器的功率都按處理Web郵件所需的指配，那就意味著僅用于網(wǎng)頁搜索的服務器至少會有17%的剩余電力容量。

另一種使用情況是負載隨時間變化。它既可能是一整天中出現(xiàn)的某種負載模式，也可能是由正在執(zhí)行的任務所產(chǎn)生的高度動態(tài)變化所致。例如，服務器機架的實際功率通?？赡苁?-10kW，但如果峰值需求達到16kW，那么就需要提供16kW的功率。

如前所述，SDP為所有數(shù)據(jù)中心的電源管理提供了解決方案，無論是對于傳統(tǒng)的云計算和存儲要求，還是對于為低延遲5G應用服務所需的更靈活的微數(shù)據(jù)中心。SDP支持從對服務器機架內(nèi)的分布式電源架構(gòu)的電壓進行優(yōu)化，直到動態(tài)管理電源并實現(xiàn)調(diào)峰等一切情況。調(diào)峰解決了其峰值可能遠高于標稱需求水平的動態(tài)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，允許按需瞬間響應電力激增，從而避免對供電能力的過度設(shè)計，如圖所示。

圖：在低電力利用期間將能量儲存到電池中，可以按需瞬間響應電力激增，從而避免對供電能力的過度設(shè)計。

Virtual Power Systems（VPS）公司與CUI合作提供了一種具體解決方案，即智能電源控制（ICE）。這種完整的電源管理功能可以部署到現(xiàn)有的和新的數(shù)據(jù)中心設(shè)備中。它包括來自CUI的電源切換和鋰離子電池存儲模塊以及來自VPS的操作系統(tǒng)。ICE可以通過從非關(guān)鍵任務系統(tǒng)釋放冗余功率容量，管理負載分配和最大化利用率，將服務器電源安裝的總擁有成本降低高達50%。