提高数据中心处理能力，从部署5G系统方案开始

虽然可能有普遍相反的看法，但5G系统已不再仅仅是主要电信公司的研究主题或行业论坛的演讲焦点。现实是，主要的OEM厂商将在未来几年部署5G系统，这意味着发展在快步向前。例如，爱立信与NTT DOCOMO合作，旨在在日本推出5G服务，以便及时支持2020年东京奥运会。爱立信打算在韩国2018年冬季奥运会期间展示5G能力的项目也在准备中，这次是与韩国ST电讯合作。

即将提供的基于5G网络技术的数据服务将可更快地在线访问更多数据。信息的这种即时性将支持许多当今先进的技术应用——如自主驾驶汽车和虚拟现实或增强现实系统——以省去本地存储的数据并转而依赖于云。

为使其发挥效率，网络延迟需要小于1ms。这不仅需要在数据中心安装5G基础设施，还要求数据中心同时靠近用户及为其服务的蜂窝射频发射塔——而如果数据中心远在250英里外则会鞭长莫及！虽然数据仍需驻留在上游，但在更远的网络边缘位置也需要能立即访问它们。这种变化潜在否定了将数据中心选址在能为其提供巨大能源需求的发电厂附近，或在冷却需求小并因此额外能源需求低的气候环境中的趋势。

解决方案的一部分在于微数据中心近期的增长，其数据容量较低但数量较多，将足以支持这种更为分散的云基础架构。即使如此，电力公司电力供应仍可能会捉襟见肘，因此，数据中心内提供的所有可用电力容量可以有效利用和使用变得更为重要。再次，对于电力充足的主要城市周边地区的微数据中心来说，这可能不成问题，但对基础设施还欠发达的偏远乡村地区来说就有问题了。这些系统不能保证锁定容量，只是因为它们被设计成了满足峰值需求或为关键任务活动提供冗余。

这就是解决方案的另一部分来自基于软硬件组合的软件定义电源（SDP）部署的原因——它可以在整个数据中心范围智能动态地分配电力。不过，在深入研究解决方案之前，让我们先更清楚地了解问题。基本上，传统数据中心的电力分配和管理涉及三种情况，导致其容量需求被过度规定和利用不足。

第一，在三级或四级数据中心，需要为关键任务工作提供100%的冗余。这意味着电源路径中的每个元件——从外部供电和备用发电机，到不间断电源（UPS）和配电单元（PDU），再到服务器机架和各个服务器都是有备份的。即使不是所有的服务器都有备份（因为它们不需要运行关键任务工作），这种情况通常也是如此。因此，如果说一半的数据中心的工作量是非关键的，那么为这些服务器准备的冗余电力容量的一半也就不是必需。也就是说，相当惊人，数据中心的总电力容量中有四分之一被闲置，因为其已经分配给这些服务器备用，即使其只是理论上可用。

然后有两种情况，其中需要调整电力供应以应付峰值负载。一种情况由CPU利用率和正在执行的任务类型决定，其中某些任务不可避免地比其他任务需要更频繁的处理。例如，Google已经表明，处理网络邮件的服务器的均峰功率比为89.9%，而网络搜索负载的功率比较低，为72.7%。因此，若将所有服务器的功率都按处理Web邮件所需的指配，那就意味着仅用于网页搜索的服务器至少会有17%的剩余电力容量。

另一种使用情况是负载随时间变化。它既可能是一整天中出现的某种负载模式，也可能是由正在执行的任务所产生的高度动态变化所致。例如，服务器机架的实际功率通常可能是8-10kW，但如果峰值需求达到16kW，那么就需要提供16kW的功率。

如前所述，SDP为所有数据中心的电源管理提供了解决方案，无论是对于传统的云计算和存储要求，还是对于为低延迟5G应用服务所需的更灵活的微数据中心。SDP支持从对服务器机架内的分布式电源架构的电压进行优化，直到动态管理电源并实现调峰等一切情况。调峰解决了其峰值可能远高于标称需求水平的动态负载变化问题。这种在低利用率期间将能量储存到电池中的能力，允许按需瞬间响应电力激增，从而避免对供电能力的过度设计，如图所示。

图：在低电力利用期间将能量储存到电池中，可以按需瞬间响应电力激增，从而避免对供电能力的过度设计。

Virtual Power Systems（VPS）公司与CUI合作提供了一种具体解决方案，即智能电源控制（ICE）。这种完整的电源管理功能可以部署到现有的和新的数据中心设备中。它包括来自CUI的电源切换和锂离子电池存储模块以及来自VPS的操作系统。ICE可以通过从非关键任务系统释放冗余功率容量，管理负载分配和最大化利用率，将服务器电源安装的总拥有成本降低高达50%。