怎样估算数据中心电力负载
发布时间：2015.04.16 浏览次数：2800
关于是否缩减不间断电源（UPS）或空调的数量，您要知道您数据中心的实际电力负载。数据中心工程师往往过分夸大了对电力负荷的要求，因为他们并不了解如何估算电力负荷或者他们总是担心供电不足。但是当电力负荷估算过高时，就可能造成能源和金钱的浪费以及冷却能效。而更为常见的情况，是IT部门给工程师们施加了骇人的高负荷需求。让我们来看看这是为什么。
这个问题的核心在于切实地理解什么是“真正的负荷”，对于大多数人来说“真正的负荷”却还仍旧是一个神秘的东西。
也许您能够回想起关于欧姆定律的基本公式：功率(瓦特)=电压（伏特）Х电流（安培）。这个公式对于直流（DC）电路是正确的，但是对于交流（AC）则并不是很精确，而我们几乎所有的数据中心都用交流电。在另外一篇文章中，我们将讨论为什么以及何时会发生这样的问题，但是其误差对于如今的计算机硬件来说都显得微不足道，所以我们将忽略这部分误差而继续讨论更为重大的事项。（如果您拥有一个大型的数据中心，这部分的误差可以进行累积，但是您必须让您的工作人员都非常清楚地了解误差的存在。）
因此，如果我们仍然可以假定功率=电压Х电流，那么问题出在哪里？这个要追溯至老程序员的口头禅，GIGO——如果您输入了无用信息，那么毫无疑问您将得到无用信息。最重要的是公式中的伏特（V）和安培（A）这些数字来自于何处。如果那些数字是错误的，那么其结果也必然是错误的。
每一个电气设备都必须有一个铭牌，在铭牌上面列出了工作电压和工作电流（安培）。有时也会有功率，但通常并不会有。它可能并不是很醒目，但它总是在那里，以附件形式、以丝网形式或印模至金属表面。对于人们来说普遍的做法是：将这些数字从每个设备（或者往往是其中有相同信息的数据表）记录下来，并将电压V乘以电流A，然后将这些乘积结果进行累加，最后将最终结果交给设计工程师，说这就是预估的电力负荷。不幸的是，那些数字往往会偏高40%至60%。电气工程师往往倾向于采用这种估算结果，并设法将其降至最低。这并不是一个很合适的方法，对吗？
那么，为什么会存在这么大的误差？答案就在于铭牌上的额定值是如何进行评定的。铭牌上的工作电流的数值是指该设备在完全以每个可能的选项进行配置，并在100%的使用率和设备仍能正常运行的最低电压下运行所输出的最大电流值。我们都知道，几乎没有任何一个设备能够在每个可能的配置都安装的情况下每天24小时每周7天以100%的效率运行。但那只是部分的误差。这只是造成最大误差的一部分。
您也许还记得，电流与电压成反比。（这里再次涉及了那令人讨厌的物理，老师曾告诉你总有一天那将是对您有益的。）既然不考虑电压一个设备消耗的功率是恒定的，那么电流就必须变化——因此当电压降低时，电流就上升。大多数的设备将以低于90伏特或更低的电压运行，而这就是指定电流所基于的电压。
当您将电流条目从铭牌上拿走，而只是简单地将电压乘以电流时，您使用什么电压值呢？如果您在美国，您可以使用120伏或208伏的电压，因为那就是我们UPS系统所稳定和持续提供的电压值。但是当您使用铭牌上的电流值并将之乘以120伏，您得到的结果可能至少超过了33%，但那并不是全部。制造商可以舍入将铭牌上的电流值取其更高的数值，那么2.4安培就迅速变成了3安培，这就造成了未知量值的另外一个增加。而且我们仍旧还未考虑硬件配置或使用级别。我们都很清楚数值将会如何快速增长至一个骇人听闻的程度，所以这显然并不是确定您数据中心功耗的最佳方法。
一些制造商会提供更好的数据，一个方法就是可以通过大部分主要制造商使用合适的在线“配置”。如果你有足够的时间和耐心使用它们，它们会针对特殊的硬件配置为您提供准确的功耗数值，一般都极为繁琐。但比我们用于估计数据中心电力需求分析的精度更高。此外，他们通常都是基于100%的使用率，而这种100%的情况对于任何机器来说都是罕见的。更少见的是数据中心中的每一个硬件都同时以100%的使用率在运行。所以让我们来看一个更为实际可行的方法。
什么是硬件电源的额定功率？一个500瓦的电源是不会提供超过500瓦的功率的，因此您立刻就至少拥有了一个“限额”数值。电源很少会以超过其能力80%的使用率提供能源，因为它们在大多数电子设备中都是属于易损部件，所以它们常常被逾限使用以便于尽量减少失效情况的发生。根据历史记录，大多数电源的效率都不高（大约75%），这就意味着为了获得500瓦的功率输出，您就需要输入667W。较新型电源的效率则可接近90%，即对于500瓦的功率输出只需要555瓦的输入。为简单起见，让我们假定效率因子可以抵消使用率百分比。因此，收集数据中心中的每个硬件的额定功率就可以得到数据中心实际最大功耗的合理估计。
一句忠告:目前大多数标准硬件都是双接线的，这就意味着这个设备具有两个不同的电源供应线路。在正常操作中，这些电源共享负载，这意味着每个电源都只有一半的负载。不必累加这两个电源的负荷，一个带有两个500瓦电源的服务器仍旧是一个500瓦的设备单元，因为任何一个电源都必须能够在另外一个电源失效时瞬时支持满负载。（对于带有多于两个电源的设备，例如大型网络交换机和刀片服务器系统，您将需要确定需要至少多少那样的电源在其最小负载下满足设备正常运行，并将它们的数值累加。在这种情况下，这就可能最好的使用配置。）
当然，如果您拥有现成的硬件，那么您能够从UPS的读数、机柜或记录计量设备得到实际的负载测量，这些设备能够提供所有的最佳数据。但是测量必须持续一段时间。瞬时读数有可能发生在当天的最低点，因此瞬时读数的数据可能会引起误解。
这个问题的核心在于切实地理解什么是“真正的负荷”，对于大多数人来说“真正的负荷”却还仍旧是一个神秘的东西。
也许您能够回想起关于欧姆定律的基本公式：功率(瓦特)=电压（伏特）Х电流（安培）。这个公式对于直流（DC）电路是正确的，但是对于交流（AC）则并不是很精确，而我们几乎所有的数据中心都用交流电。在另外一篇文章中，我们将讨论为什么以及何时会发生这样的问题，但是其误差对于如今的计算机硬件来说都显得微不足道，所以我们将忽略这部分误差而继续讨论更为重大的事项。（如果您拥有一个大型的数据中心，这部分的误差可以进行累积，但是您必须让您的工作人员都非常清楚地了解误差的存在。）
因此，如果我们仍然可以假定功率=电压Х电流，那么问题出在哪里？这个要追溯至老程序员的口头禅，GIGO——如果您输入了无用信息，那么毫无疑问您将得到无用信息。最重要的是公式中的伏特（V）和安培（A）这些数字来自于何处。如果那些数字是错误的，那么其结果也必然是错误的。
每一个电气设备都必须有一个铭牌，在铭牌上面列出了工作电压和工作电流（安培）。有时也会有功率，但通常并不会有。它可能并不是很醒目，但它总是在那里，以附件形式、以丝网形式或印模至金属表面。对于人们来说普遍的做法是：将这些数字从每个设备（或者往往是其中有相同信息的数据表）记录下来，并将电压V乘以电流A，然后将这些乘积结果进行累加，最后将最终结果交给设计工程师，说这就是预估的电力负荷。不幸的是，那些数字往往会偏高40%至60%。电气工程师往往倾向于采用这种估算结果，并设法将其降至最低。这并不是一个很合适的方法，对吗？
那么，为什么会存在这么大的误差？答案就在于铭牌上的额定值是如何进行评定的。铭牌上的工作电流的数值是指该设备在完全以每个可能的选项进行配置，并在100%的使用率和设备仍能正常运行的最低电压下运行所输出的最大电流值。我们都知道，几乎没有任何一个设备能够在每个可能的配置都安装的情况下每天24小时每周7天以100%的效率运行。但那只是部分的误差。这只是造成最大误差的一部分。
您也许还记得，电流与电压成反比。（这里再次涉及了那令人讨厌的物理，老师曾告诉你总有一天那将是对您有益的。）既然不考虑电压一个设备消耗的功率是恒定的，那么电流就必须变化——因此当电压降低时，电流就上升。大多数的设备将以低于90伏特或更低的电压运行，而这就是指定电流所基于的电压。
当您将电流条目从铭牌上拿走，而只是简单地将电压乘以电流时，您使用什么电压值呢？如果您在美国，您可以使用120伏或208伏的电压，因为那就是我们UPS系统所稳定和持续提供的电压值。但是当您使用铭牌上的电流值并将之乘以120伏，您得到的结果可能至少超过了33%，但那并不是全部。制造商可以舍入将铭牌上的电流值取其更高的数值，那么2.4安培就迅速变成了3安培，这就造成了未知量值的另外一个增加。而且我们仍旧还未考虑硬件配置或使用级别。我们都很清楚数值将会如何快速增长至一个骇人听闻的程度，所以这显然并不是确定您数据中心功耗的最佳方法。
一些制造商会提供更好的数据，一个方法就是可以通过大部分主要制造商使用合适的在线“配置”。如果你有足够的时间和耐心使用它们，它们会针对特殊的硬件配置为您提供准确的功耗数值，一般都极为繁琐。但比我们用于估计数据中心电力需求分析的精度更高。此外，他们通常都是基于100%的使用率，而这种100%的情况对于任何机器来说都是罕见的。更少见的是数据中心中的每一个硬件都同时以100%的使用率在运行。所以让我们来看一个更为实际可行的方法。
什么是硬件电源的额定功率？一个500瓦的电源是不会提供超过500瓦的功率的，因此您立刻就至少拥有了一个“限额”数值。电源很少会以超过其能力80%的使用率提供能源，因为它们在大多数电子设备中都是属于易损部件，所以它们常常被逾限使用以便于尽量减少失效情况的发生。根据历史记录，大多数电源的效率都不高（大约75%），这就意味着为了获得500瓦的功率输出，您就需要输入667W。较新型电源的效率则可接近90%，即对于500瓦的功率输出只需要555瓦的输入。为简单起见，让我们假定效率因子可以抵消使用率百分比。因此，收集数据中心中的每个硬件的额定功率就可以得到数据中心实际最大功耗的合理估计。
一句忠告:目前大多数标准硬件都是双接线的，这就意味着这个设备具有两个不同的电源供应线路。在正常操作中，这些电源共享负载，这意味着每个电源都只有一半的负载。不必累加这两个电源的负荷，一个带有两个500瓦电源的服务器仍旧是一个500瓦的设备单元，因为任何一个电源都必须能够在另外一个电源失效时瞬时支持满负载。（对于带有多于两个电源的设备，例如大型网络交换机和刀片服务器系统，您将需要确定需要至少多少那样的电源在其最小负载下满足设备正常运行，并将它们的数值累加。在这种情况下，这就可能最好的使用配置。）
当然，如果您拥有现成的硬件，那么您能够从UPS的读数、机柜或记录计量设备得到实际的负载测量，这些设备能够提供所有的最佳数据。但是测量必须持续一段时间。瞬时读数有可能发生在当天的最低点，因此瞬时读数的数据可能会引起误解。