谷歌数据中心供电系统剖析

来源：互联网

2013/8/19 14:20:32

本文简单介绍了谷歌数据中心的供电架构，有些盲人摸象，泛泛介绍了些内容，很多技术细节还有待进一步充实。但从我们了解的有限知识内，这个架构是对传统数据中心供电架构的颠覆，摒除了传统上依靠UPS等硬件冗余的低效率模式，追求能效无极限。同时还在高效建设、便捷运营以及系统可靠性等方面也有很多亮点。虽然这种完全定制的市电直供架构不一定适合国内数据中心用户，但其低成本、简单、高效的模块化建设思路非常值得国内学习。

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本文关键字：谷歌数据中心供电系统剖析

图5(a)是谷歌三联柜更为详细的展示，三联柜202a-c内的三个机柜整个连为一体，导轨205用于支撑服务器的安装。标识为204a-c为机柜上的 PDU垂直安装在机柜前面的左侧，PDU上有30个左右的母头插座用于安装服务器电源插头。由于PDU和服务器非常靠近，而且插座基本平齐于服务器前面板，因此可以采用非常短的电源线用于连接服务器和PDU，电源线缆安装美观且管理方便。图5(b)是安装了服务器的三联柜，这些服务器可以是计算、存储等各种类型的IT设备。整个三联柜通过底部的滚轮方便搬运和安装，并且这些三联柜以及要安装的服务器会以整机柜的方式在工厂整体安装调试好，搬运到现场后整体交付，即插即用，满足快速部署和建设的需求。

图6(a)是PDU及机柜一角的俯视图，其中302是用于支撑待安装服务器的导轨，而304则是PDU的支撑架，用于固定垂直的PDU 306到机柜上。PDU内部包含三根导线308、310和312，每根导线连接PDU上1/3的插座，比如导线312连接到PDU顶部的10个插座314，310负责中间的10个插座，而308则负责底部的10个插座。图6(b)则描述了服务器主板316被安装在导轨302上，以及和PDU的电源线连接示意。服务器 316通过电源线320以及电源插头318从PDU上取电，当然这里电源线只是示意，实际上谷歌的服务器电源往往安装在热通道侧，电源线穿过服务器到机柜前面的冷通道来取电，满足谷歌服务器全正面冷通道维护的需求。图6(c)更为详细的展示了导轨302和PDU 306之间的位置，插座314和导轨302 一一对应逐个匹配，所以服务器电源线可以就近很好得连结到每个插座，当然如果有需要，也可能会有冗余的插座用于安装其他需要的设备，比如交换机等。

图7是PDU的示意图，整条PDU分为6个子部分，从402到412，每个子部分则包含5个插座。当然也可以分成其他数量的子部分和不同的插座数，但每个子部分之间是没有直接电气连接的，且每个部分会设置有独立的空开或者熔丝等来保护该子部分。标识为418、420和422的三个插座是三个电气连接口，用于整条PDU从低压母线排上的配线盒来取电。比如前面的例子，418输入的电源线会覆盖到2个PDU子部分，共连接10个插座。同样的，420和422 输入也各覆盖10个插座。PDU上还安装有部分的熔丝保护槽414，用于安装和快速更换熔丝。比如，图7中414熔丝槽内的熔丝可以用于保护和隔离406 部分的5个插座。如果406子部分5个插座的总负载电流不超过15A，那么418的输入线缆会选择载流量为30A的电源线，整条PDU则可以承载 3*30A的IT负荷。在230Vac到240Vac供电情况下，418输入会选择10AWG或者4mm^2的线缆。根据谷歌服务器300到400瓦的典型功率，单机柜功率约在9-12KW附近。此外，上级配线盒内会选择容量较大，而且动作响应时间较慢的开关，这种情况下靠近负载的熔丝会在故障发生时先于上级的开关动作，快速切断负载，并且确保不会影响到上级开关，这种上下级开关和熔丝的选择性问题会在后面详细描述。

图8是标识为600的PDU内部电路图，包含三根导线602、604和606，每根导线及其分支都会连接到共两根熔丝上，每根熔丝又覆盖5个插座，这样每根导线覆盖10个插座。每根熔丝的载流量也不能选择过大，以至于不能保护其上级连接的线缆和空开等。比如导线602的上级空开为30A的微断，那么熔丝就必须选择小于15A的，这样确保两根熔丝的载流量不会超过上级空开30A的分断能力。同时选择快熔型熔丝，以保证机柜PDU内配置的熔丝动作时间小于配电箱内上级微型断路器的动作时间。5个插座对应1个熔丝，熔丝槽设计便于熔丝维护更换，以减少修复时间。采用这种一根熔丝只带5个插座的设计，保证了任意一台服务器的电源短路故障只会影响到该子部分的5台服务器，避免该短路故障扩散到整个机架。同时熔丝可在PDU的熔丝槽内快速更换，也减少了被影响服务器的故障修复时间。

图9(a)展示了带9P空开的配线盒正视图，输入线缆706可从母排或者配电柜取电，其线径可选择AWG 2号线或者载流量达到100A的线缆。配线盒面板上有9个型号为Leviton L6-30R的输出母头和9P控制空开。配线盒侧面还有个线缆捆扎钩720，用于输出线缆的捆扎整理，线缆美观的同时还能减少下垂线缆的重量对配线盒的拉伸应力。图9(b)则展示了配线盒内部的配线排细节，比如输入配线排将输入的三根火线分配到9个空开上，还有中线排和地线排等用于9个支路的输出，并且接地排同时还会连接到配线盒外壳上作为接地保护。图9(c)则是配线盒的侧视图，展示了输出线缆如何挂接在线缆钩上，减少线缆重量对线缆输出接头的拉伸应力。这种配线盒设计有效节省了机房空间，并满足快速部署需求。