数据服务器与数据中心需求激增——精确功率测量的重要意义

在数据服务器与数据中心需求激增的背景下，精确功率测量的重要意义

随着数字化进程以史无前例的速度推进，数据量呈指数级增长，推动着数据中心的需求不断上升，并进一步扩大其在数据存储基础设施中的作用。与此同时，气候保护法规与资源节约要求的不断加强，也带来了双重挑战：一方面要全面提升IT 基础设施的性能，另一方面还需提升其能源效率。这一挑战涵盖从整个数据中心的供电、单个机房的配电，直到服务器与组件级别，既影响组件制造商，也影响数据中心运营方。在这样的背景下，精确的功率测量变得日益关键，成为保障能效、运行可靠性与经济可行性的核心要素。为应对这一需求，我们提供了针对行业需求量身打造的测量设备与解决方案。

作者：ZES ZIMMER Electronic Systems GmbH 业务发展主管Patrick Fuchs

最新报告显示，2025 年对数据中心的需求将持续上升。根据JLL Research（https://www.jll.com.au/en/trends-andinsights/research/data-center-outlook）的数据，全球将启动总计10GW连接负载的数据中心建设，其中7GW预计将在年内完工。由此产生了对能源供给的巨大需求，同时仍需坚守全球气候保护目标与资源节约承诺。尽管能源来源的讨论仍存在争议，但业界普遍认同提升数据中心能源效率的必要性。本文将深入探讨这一关键议题，并分析在哪些核心应用领域中，精确的功率与能量测量能够有效应对现代数据中心在法规、经济与环境方面的能耗挑战。

数据服务器的电源与不间断电源系统：聚焦能效
涵盖从低功率到高功率等级的服务器电源在决定数据中心的能耗、散热与运行成本方面起着关键作用。越来越紧凑的设计推动了更高的系统密度，并通过冗余电源单元提高了可靠性。因此，数据中心运营商日益倾向于采用符合最高能效标准的电源方案。

在美国，能源之星ENERGY STAR 环保认证规定服务器电源必须至少满足 80 PLUS 银牌认证标准。为保持技术领先，电源制造商不断创新功率电子技术，力求达到或超越如80 PLUS 钛金牌等更高等级的认证，其在50% 负载下的峰值效率可达96%。

为满足开发和测试阶段的效率测量需求，我们提供了LMG600系列高精度功率分析仪，该系列仪器被广泛用于评估、优化并验证电源产品的能效。在测试中重点评估不同负载条件下输入与输出功率的关系。如下图所示，为使用LMG641功率分析仪对服务器电源进行效率测量的示意图。

针对不同测量对象在精度、带宽、采样率、窄带宽与宽带宽同步测量等方面的需求，我们提供以下高性能测量通道：

· LMG600 B 通道：适用于通用测量，精度±( 0.05%读数 +0.02%量程)，带宽500 kHz，采样率150 kS/s
· LMG600 S 通道：适用于高精度宽带测量，并优化直流精度，精度±( 0.015%读数 + 0.01%量程)，带宽10 MHz，采样率1.21 MS/s

LMG600 系列功率分析仪支持模块化配置这些通道，适合单相或多相测量，测量范围最高可达32 A(rms) 与1000 V(rms)。

对于大电流测量，我们提供PCT 系列高精度电流传感器，支持上千安的测量，适用于高功率电源和大容量UPS电池的能效评估。

确保数据服务器符合法规 – LMG Test Suite 助力合规之路
各国政府和地区组织在国家或欧盟层面设定了能源效率目标，推动制定符合当地可持续发展目标的标准与法规。数据中心与服务器必须在尽可能节能和对气候友好的条件下运行，以确保合规。例如，欧盟要求安装的数据服务器需具备符合EMC 标准（EN/ IEC 61000-3）与能耗测量标准（EN 50564）的CE合规性声明（EU Declaration of Conformity）。

为确保认证合规，必须进行可靠的测试。我们为LMG600 功率分析仪配套提供的LMG Test Suite 软件，可在PC 端进行合规测试，评估包括谐波、功率因数、电压波动与待机功耗等在内的关键参数：

·EN/IEC 61000-3-2 / -12（谐波限值）
·EN/IEC 61000-3-3 / -11（电压波动与闪烁）
·IEC 62301 / EN 50564（待机功耗）

LMG600 功率分析仪符合谐波（EN/IEC 61000-4-7）与闪烁测试（EN/IEC 61000-4-15）标准。同时，针对合规测试，我们提供专用的高精度测量通道：

· LMG600 C 通道：专为50/60Hz 合规测试设计，精度±(0.03%读数 + 0.01%量程)，带宽10 kHz，采样率150 kS/s

优化服务器运行中的系统能效：SPECpower 基准测试
为了快速、可靠地处理大量数据，服务器通常采用多核CPU结构。随着计算负载的变化，电源效率也随之变化，导致整个系统的能效随运行模式波动。能效通常表示为每瓦功耗的系统性能，即每瓦性能（Performance per Watt）。

为了持续优化系统运行效率，数据中心管理者需根据负载特性选择和验证服务器硬件，提升在实际工作周期内的平均性能功耗比。为此，SPEC（Standard Performance Evaluation Corporation）旗下的SPECpower 委员会推出了SPECpower_ssj2008 基准测试，用于标准化地评估服务器在不同负载下的能效表现。

ZES ZIMMER 的LMG600 系列功率分析仪是SPEC 官方认证支持的设备之一。如下为代表性的测量设置示意图。

MG611 的基准测试结果可用于作为当前能效水平的评估基础，向国家监管机构进行报告。在德国以及整个欧盟范围内，这一结果尤其适用于强制性的数据中心能源消耗申报，即提交至数据中心能效登记系统（Energy Efficiency Register for Data Centers）。借助SPECpower 基准测试以及我们的LMG600 系列功率分析仪，数据中心运营商拥有了一套经过验证的测量解决方案，能够高效满足各类法规合规要求。

高效变压器：通过降低功耗提升PUE
数据中心的负载通常呈现非线性特征（如服务器、配电单元PDU、变频器等），这对接入电网的变压器提出了挑战。若未有效抑制谐波电流，变压器负载率增高，运行效率降低，影响数据中心关键能效指标PUE（Power Usage Effectiveness）。

盲目增大变压器容量并非经济可行之道，反而会提高空载损耗。因此，DOE 2016（美国能源部）与欧盟生态设计指令（Ecodesign Tier 2）等法规已规定需采用高效变压器（如采用非晶合金铁芯、具备K-13 谐波承受能力的）。这些变压器在50%-75% 负载范围内效率可达99.5% 以上，并有效抑制谐波。

如此低的功耗对测试设备提出极高要求。ZES ZIMMER 的LMG671 分析仪（配合A 或S 通道）可提供所需的测量精度、带宽与谐波分析能力。此外，其PSI 接口可连接温度传感器，在变压器短路测试中进行温漂补偿（用于铜损测量），并通过内置脚本编辑器自动处理测试流程。

我们还提供高精度的电流与电压传感器（如PCT 系列电流传感器与HST 高压分压器），支持从数百kVA 到数MVA 的功率测量扩展。

结论
在当今数据中心与服务器能耗不断增长、法规要求日益严苛的背景下，精确的功率测量已成为提升系统能效与实现合规的关键要素。通过使用ZES ZIMMER 的LMG600 系列功率分析仪及其配套附件，电源、电力分配单元、高效变压器的制造商与开发者可以基于精密测量结果进行性能优化与能效验证。

从符合80 PLUS、ENERGY STAR、DOE 2016 到EU Ecodesign 等标准的合规测试，再到SPECpower 标准化能效评估，我们的测试平台为数据中心运营者提供了全面的解决方案，助力其优化服务器运行效率并履行能耗申报责任。

LMG600 系列功率分析仪与LMG Test Suite 软件的结合，不仅确保满足各项能效标准，更为推动数据中心向绿色、可持续、经济可行的方向发展提供了有力支撑。

审核编辑 黄宇