如何運用智慧配電達到最高的網路可用性
資料提供者:DigiKey 北美編輯群
2022-07-29
能源成本上升的擔憂,迫使資料中心和其他網路設施營運商重新思考既有設施的結構,包括採用智慧配電單元 (iPDU),促成更環保、更可靠和更低成本營運的期望,有助於提升網路的可用性。此外,資料中心的類型不斷增加,從支援雲端運算的大型資料中心,到分散在工廠、倉庫等其他設施邊緣的小型資料中心,因此,指定和整合 iPDU 時,需要不同的作法。大型資料中心在 60°C 的熱通道中使用 iPDU 運作,以減少冷卻需求和能源消耗。相比之下,邊緣資料中心的最高運作溫度為 40°C,符合其所在設施的環境。
iPDU 的規格和操作特性需要配合其部署環境。人們更加期盼 iPDU 能支援遠端能源監測和控制,以便在所有情境中達到最佳化的可用性。
本文將比較和對照 iPDU 在雲端和邊緣環境中的操作環境和期望,包括軟硬體,並提供部署建議;接著會介紹 Panduit 和 Orion Fans 針對雲端和邊緣資料中心所推出的 iPDU。
影響 iPDU 選擇的三項雲端和邊緣環境特點包含熱環境、網路通訊架構以及設備密度的差異。雲端和邊緣環境的最大區別可能在於,大多數邊緣設備的預期工作溫度高達 40°C,而雲端資料中心的工作溫度則為 60°C (圖 1)。在雲端環境中,冷和熱通道可大幅減少冷卻需求並降低能源成本,這兩者是大型資料中心的主要營運成本。iPDU 通常位於熱通道中,其額定溫度必須為 60°C。
圖 1:雲端資料中心的 iPDU 需要在 60°C 下運作,才能安裝在熱通道中。(圖片來源:Panduit)
此外,冷和熱通道在運作時,美國採暖、製冷與空調工程師學會 (ASHRAE) 要求在冷通道的機櫃前端安裝三個溫度感測器和一個濕度感測器 (稱為「3T + H」),熱通道則只需在機櫃後端安裝一個溫度感測器。因此,支援多個感測器輸入的 iPDU 就不需要感測器中介 1RU 設備,這對雲端資料中心來說是重要的考量因素。
雖然邊緣和雲端設備都重視高可用性,但對雲端環境來說更為重要。iPDU 上的控制器模組必須可熱插拔,以便裝在雲端資料中心的單元使用。控制器模組若能熱插拔,就可大幅縮短停機時間,這是雲端中的重要考量之一。此外,Gigabit (Gb) 乙太網路比其他連線速度更廣泛用於雲端,且雲端中的 iPDU 可受益於 Gigabit 乙太網路連線支援 (這在邊緣設備中不受重視)。此外,雲端設備中的 iPDU 通常需要支援更高層級的安全性,以及更複雜的電源監測與管理軟體。
雲端資料中心的機架密度比邊緣更高,因此功率密度也成為雲端設施挑選 iPDU 時的重要因素。雲端資料中心的 iPDU 可受惠於更高的插座密度,但仍必須提供高層級的智慧電源控制和監測,以支援更高的功率密度。
在雲端和邊緣設施中,電源線意外斷開是設備停機的主要原因之一。iPDU 意外斷開的最常見原因在於,電源線長期受到振動和重力的拉扯;這不是「使用者的錯誤」。透過 iPDU 的設計,將振動和重力對電源線的影響降至最低,即可大量減少意外斷開;這在邊緣設備中很重要,在雲端設施中也是必要的。
iPDU 滿載額定溫度為 60°C
資料中心工程師可以轉用 Panduit 的 G5 智慧型 PDU (第 5 代 iPDU) 滿足雲端設備的配電、可用性、安全性和監測需求。第 5 代 iPDU 的滿載工作溫度為 60°C。此 iPDU 還具有感測器輸入,可支援 ASHRAE 對冷通道上 3T + H 和熱通道上溫度感測器的要求,無需中介 1RU 設備。數位自行識別感測器可直接插入 iPDU,加速部署。
第 5 代 iPDU 中的智慧網路控制器 (iNC) 可熱插拔,支援最長的運作時間 (圖 2)。含有一個高能見度 OLED 顯示器、重置/原廠預設控制、功能表選擇按鈕、一個狀態 LED、一個用於韌體和配置更新和/或選配自動機架燈連接的 USB 連接器、用於網路連接的 1 Gb 乙太網路連接埠、用於菊鏈連接多個 iNC 的 PDU 輸入和 PDU 輸出/序列連接埠,以及兩個感測器連接埠 (使用選配感測器擴充連接埠,分別可連接多達 4 個感測器,共 8 個感測器)。
圖 2:第 5 代 iPDU 中的 iNC 可熱插拔,支援最長的運作時間,以及多種監測與控制功能。(圖片來源:Panduit)
最多可以將四個 iPDU 以菊鏈形式連接到兩個不同的安全網路連線,用途為:
- 監測設施網路上的電力用量並追蹤資料;
- 使用單一 IP 位址即可管理和監測多達四個機架 iPDU (圖 3)。
菊鏈中的每個 iPDU 最多可以連接到八個感測器,單一連線共可連接 32 個感測器。此外,還可以使用兩個 iPDU 提供備援網路存取配置。
圖 3:最多四個第 5 代 iPDU 可由單一 IP 位址以菊鏈形式相連。(圖片來源:Panduit)
大型資料中心可用來監測和識別低下的效率,以便提高營運效率、降低成本並將環境足跡降至最低。第 5 代 iPDU 支援全面、準確的能源量測軟體,可有效利用電力資源、做出明智的容量規劃決策、延長運作時間並測量電力使用效率 (PUE)。這些 iPDU 提供必要的能源量測、監測和控制,可支援能源用量的持續改進,包括:
- PDU 層級能量計量和監測
- 千瓦小時能量計量 (kWh)
- 功率量測 (W)
- 輸入相位層級功率量測,包括 V、A、VA、kWh 和功率因數 (pf)
- 斷路器層級電流量測
- 計費等級計量功能
- 整合式記憶體,可記錄/查看/回報歷史資料
- 客製化警報臨界值和通知
- 插座層級控制
- 透過獨立插座遠端開啟和關閉電源
- 使用者定義的開機時間延遲,對設備進行排序,並避免湧入電流過載
- 由使用者分配的角色和存取安全層級
- 插座層級能量計量
- 千瓦小時能量計量 (kWh)
- 功率量測,包括 V、A、VA、W 和 pf
- Green Grid Level 3 PUE 計算的資料
第 5 代 iPDU 提供高功率密度,具有多達 48 個插座,並標配 10 ft (3 m) 輸入電源線。提供多種安裝配置,包括垂直 (0U) 或水平 (1U 或 2U)。例如,P36D08M 型號的額定電流為每相位 30 A,採用 0U FULL 外形尺寸,具有 L15-30P 輸入插頭,3 個斷路器,可處理 8.6 kW,並具有 36 個插座 (30 個 C13 和 6 個 C19)。
使用第 5 代 iPDU 的設計人員有兩種不同的解決方案可解決意外斷開的問題。標準 C13 和 C19 插座旁邊有一個整合凹槽,可接受非導電紮線帶,可有效消除振動和重力的影響。雖然這些插座較便宜,但使用紮線帶會產生人工成本,而且無法將電源線固定在設備側。第 5 代 iPDU 配備鎖定線,可安全卡入到位,達到更完備的解決方案。此外,設備端有一個通用鎖定機制,可鎖定 IT 設備,在兩端提供永久纜線固定。依據安裝需求,可以指定使用結合插座與紮線帶和鎖定插座的第 5 代 iPDU (圖 4)。此外,雲端資料中心在機櫃後端的 A 側和 B 側有大量電源線,讓纜線管理更加複雜。第 5 代 PDU 提供彩色紮線帶、彩色標記帶和彩色電源線 (鎖定和非鎖定),可簡化 A 側和 B 側纜線的識別和管理。
圖 4:第 5 代 iPDU 提供多種紮線帶或鎖定插座選擇,以免意外斷開。(圖片來源:Panduit)
Panduit Smart Zone G5 選配安全把手可搭配 Gen 5 iPDU 使用,為多達 200 個使用者提供存取控制。此把手含有狀態 LED,可指出安全狀態,也有信標 LED 可指出機櫃運作狀況。具有整合濕度感測器和專用的溫度和門警報感測器,可簡化感測器的安裝並符合 ASHRAE 標準 (圖 5)。G5 安全把手含有現場替換鎖簧和鑰匙,以及四種控制櫃門的方式:
- 雙頻讀卡器可以搭配低頻卡或高頻卡使用。
- 可以透過第 5 代 iPDU 內建的的 Web 介面遠端控制存取。
- ACF06 型號含有一個選配鍵盤,可利用安全密碼打開機櫃。
- ACF06 型號可以採用雙重驗證,要求刷卡加上鍵盤輸入。
圖 5:選配的 Smart Zone G5 安全把手整合濕度感測器和狀態 LED,可以選擇是否配置整合式鍵盤以便進行存取存取控制。(圖片來源:Panduit)
適用於邊緣設備的 iPDU
針對邊緣資料中心,以及其他可使用最高額定工作溫度為 40°C 的 iPDU 之應用,Orion Fans 提供智慧切換式 PDU 系列,具有可排序遠端啟動、控制和監測的插座。智慧切換式 PDU 可單獨監測各個插座,如果超出使用者定義的臨界值,就會經由電子郵件、設陷或聲音警報發出警告。其他特點包括:
- 機架式設備的插座層級電源控制和監測
- 工作溫度為 0 至 40°C
- 透過儀表、Web 或簡單網路管理協定 (SNMP) 監測電力
- http、https、SNMP、DHCP 和 UDP 通訊協定
- PDU 上有數位真實 RMS 電流計
- 套裝軟體提供控制和分析,可提高能源效率、降低營運成本並達到最短停機時間
例如,OSP-V-16-23-16-N1 型號含有 14 個 IEC320 C13 和 2 個 IEC320 C19 插座、一個 IEC320 C20 輸入插孔和一個封閉式 IEC320 C19 對 C20 3 m 長電源線,以及一個 16 A 斷路器。或者,OSP-H-16-23-08-N1 具有 8 個 IEC320 C13 插座、一個 IEC320 C20 輸入插孔、一個封閉式 IEC320 C19 對 C20 3 m 長電源線,以及一個 16 A 斷路器 (含解析度為 0.1 A 的三位數 20 A 電流計) (圖 6)。
圖 6:OSP-H-16-23-08-N1 iPDU 有 8 個 IEC320 C13 插座和一個解析度為 0.1 A 的三位數電流計。(圖片來源:Orion Fans)
總結
雲端和邊緣資料中心對 iPDU 的需求不同,包括不同的工作溫度要求,對可靠性和可用性的期望不同,以及對安全、電源控制和監測的需求也不一樣。網路工程師可以依據邊緣和雲端設備的特定需求挑選合適的 iPDU,以支援更環保的解決方案,在成本與效能之間達到最佳平衡。

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