數據中心UPS供電系統發展方向分析

   數據中心是信息社會的關鍵基礎設施，是ICT技術的核心載體。ICT技術發展帶來的個人信息消費的增加與企業及各種機構的信息化建設與改造催生了巨量的數據中心建設需求。據ICT research預測，2012年至2020年間，中國數據中心的數量將從4萬個增至8萬個，從1000萬m2增長至3000萬m2。數據中心的大規模建設進一步加大了市場對于UPS的需求。然而，現在的UPS真的能適應數據中心的發展，尤其是未來云數據中心的發展嗎？未來的數據中心需要什么樣的UPS呢？筆者認為，在保證可靠供電的前提下，未來的數據中心的UPS供電系統至少具備以下幾個方面的特點。

    1.“快”：快速部署、快速擴容

    目前在數據中心的建設方式上，模塊化的理念已逐漸被大家所接受。無論是模塊化數據中心還是集裝箱數據中心，都是這一理念的具體實現，模塊化UPS同樣符合這一理念。如果僅從整體部署速度來看，模塊化UPS和塔式UPS差別并不大，但如果從后期擴容方面看模塊化的優勢就非常明顯。按需擴容的功率模塊，在線熱插拔的擴容，更符合業務快速發展的需要。尤其是對于平均壽命只有3到5年的互聯網企業，誰能早一天完成部署，早一天實現擴容，就能早一步贏得客戶，早一步占據市場。相比傳統塔式UPS一到兩周的安裝時間，模塊化UPS只需十幾分鐘即可完成擴容。

    2.“易”：易用性、高可用性

    相比傳統數據中心為保證可靠性而設計的復雜的Tier4架構、2N系統，ECO模式、市電直供+UPS備份等等“不可思議”的方案正在被互聯網巨頭們采用。正是虛擬化的技術實現，使得互聯網企業從追求單純的供電可靠性變成了更看重以快速維護代表的可用性。

    因此UPS也要向IT設備一樣易維護。這對UPS有兩點要求：1、發生故障不能影響業務運行，即不影響正常電力供應；2、發生故障后要方便維護，最好運維人員可自行維護而無需聯系廠家，自行拿備件替換。顯然，模塊化UPS最符合這一要求。無論是交流模塊化UPS還是直流模塊化UPS（高壓直流）都體現出了更高的可用性和易維護性。

    3.“省”：節省空間和運行費用

    省空間：目前的中小型數據中心大多建設在寸土寸金的樓宇之間，高密度一直是IT設備的普遍追求，如刀片式服務器。更高功率密度，體積更加小巧的UPS能夠為用戶節省更多空間，對提供出租服務的企業來說，則意味著可以部署更多的機架用于租賃；另一方面，基礎設施架構融合，已成為數據中心發展的趨勢之一，而更高功率密度的UPS將更方便地與服務、存儲等IT設備實現一體化部署，目前各主流廠家均已推出了這種一體化產品，如華為mircoDC, APC infraStruXure等。

    省電費：高昂的電費開支，也使得用戶更青睞高效率的UPS，因為高效率UPS除本身損耗更低之外，還能降低制冷方面的能耗開支。有一點需要指出的是，雖然大多數廠家都宣稱可提供高效UPS，但負載率的影響仍然要考慮。對大部分數據中心而言，UPS的實際負載率不會超過30%（新建數據中心甚至只有10%），而隨著虛擬化技術的實現，CPU利用率上升之后，UPS的實際負載率一般也不會超過40%（以1+1系統為例）。因此只有在低負載率（20%~40%）也能做到94%以上高效的UPS才最符合數據中心的實際需求。

    除此之外，目前的主流服務器因為大量采用PFC校正電路，其輸入功率因數已普遍超過0.9。這就要求為其供電的UPS同樣應能提供0.9甚至更高的輸出功率因數，否則為了匹配這些服務器，用戶將不得不采購更多的UPS。 比如，按理論計算（不考慮冗余等實際情況），10臺500VA/450W（功率因數0.9）的服務器，其總功耗為5kVA/4.5kW，只需采購一臺5KVA輸出功率因數大于0.9（輸出功率大于4.5kW）的UPS即可。而如果UPS功率因數為0.8甚至更低，則需要兩臺5kVA的UPS。

    4.“智”：智能化，更易于管理

    幾乎所有的UPS廠商都宣稱可提供智能化的設備。但目前的智能化主要還是集中在UPS本身的技術層面，或網管方面。面對IT與CT行業層出不窮的新理念、新產品，尤其是近年來伴隨移動互聯網而出現的智能終端、可穿戴設備，UPS行業的“智能化”顯然還不夠智能。那么未來將有哪些方面會出現突破？

    ①能耗精細化管理：通過傳感器輕松獲取機房內部物理生態系統（供配電系統、溫控系統、IT設備等）與機房外部自然生態系統（電網信息、氣象信息、用戶使用信息等），實現整個數據中心的自我優化與瓦特級的能耗管理。

    ②信息處理與價值挖掘：將收集到的信息數據，通過數據分析，它將為用戶描繪出一副數據中心的整體用電圖譜，客戶可以快速的查詢到相關信息，如最耗電的服務器、用電的周期規律等，并將會進一步挖掘這些信息的價值。

    ③ 物聯網技術應用：網管APP、移動式運維、自動化維護將逐漸代替傳統的運維方式，除了對數據中心的日常管理，物聯網技術的應用，還將帶來設備維護方式的變革。如設備壽命預測、故障預防、故障處理等。

    綜上所述，從未來數據中心需求的角度上來說，最佳UPS系統應該具有可快速部署和擴容，簡單易用，具有高可用性、高效率、高密度和智能化等特點。工頻機由于自身的局限性，難以匹配未來數據中心的需求；采用高頻技術的塔式機比起傳統的工頻塔式機雖然在體積、效率等方面有了明顯改善，但塔式機仍非最優選擇；而基于高頻技術基礎的模塊化UPS則很好的匹配未來數據中心的發展需求，必將取代工頻機、塔式機成為未來數據中心的不間斷供電系統的主流選擇。

    事實上，隨著行業的發展和技術的演進，高頻化、模塊化的UPS已經獲得了廣泛的接受。主流廠商如華為、艾默生、APC等也在將重點轉向了對高頻模塊化UPS的研發和推廣，逐步退出了工頻機、塔式機的研發，同時用戶也對高頻和模塊化也表現出越來越高的接受度，例如中國電信和中國電信2014年的UPS集采中，5個標段有均有4個標段為高頻機，且模塊化UPS均作為獨立標段出現。而根據UPS技術發展趨勢的一項專題調查顯示，90%以上的用戶建設機房時會優先考慮高頻機。這些都在表明，高頻化、模塊化的UPS是數據中心供電演進的必然方向。<