用于增加IDC的机架密度的智能电池备用系统技术方案

本发明专利技术的各种实施例可在计算机服务器机架中使用电池备用系统（BBS）来向服务器提供超过供应给机架的电网功率的功率。该补充功率可准许向机架添加额外的服务器，同时仍然准许适应峰值负载。BBS还可在电网功率中断的情况下充当不间断电源（UPS），从而提供UPS和补充功率功能两者。

Smart battery backup system for increasing IDC rack density

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增加IDC的机架密度的智能电池备用系统
本专利技术的各种实施例涉及互联网数据中心（IDC）的电池备用系统（batterybackupsystem），其中特别强调通过管理功率控制来增加机架（rack）密度。
技术介绍
非常大型数据中心的增长已经导致了所谓的“服务器场（serverfarm）”，其可含有数千或数万台的服务器。为了高效使用空间，服务器通常布置在标准化的19英寸宽的机架中，每个机架容纳多台服务器，在房间或建筑物中有许多机架。服务器机架的安装基数（installedbase）已经非常庞大，在适当位置（inplace）有数十万或可能数百万个机架。由于从IDC级设置的每个机架的功率预算，每个机架可能受限于定义的峰值功率。IDC升级进度远远落后于服务器和机架的升级进度，使得今天的机架中的许多机架仍然必须部署在多年前受到那个时代限制的情况下建造的IDC中。机架空间的利用率通常较低，因为机架本身以及由IDC分配给每个机架的电网功率（gridpower）是在以前的时代用较早的技术设计的。此外，服务器可要求持续时间段从几分钟到几个小时的额外功率（超过它们的长期稳态值）。通过向机架提供增加的电网功率来满足这个需求是不切实际的，因为IDC中的功率源和机架以及其它现有基础设施的安装基数非常大。在机架内，分配的功率通常可足够大以应对该机架中的服务器所需的功率的临时电涌（surge）（超过平均功耗），只要那些电涌持续的时间不超过定义的时间段。超过这个定义的时间段可能会导致有害的结果，诸如紧急计算机关闭或甚至热损坏。因此，机架中服务器的数量可能故意保持较低，以避免在服务器需要额外功率时使功率系统过载（overstress）。通常使用电池备用系统（BBS）来提供不间断电源（UPS）功能，其中仅当主功率源丢失（例如，到容纳服务器场的建筑物的电网功率发生故障）时，才使用电池来提供功率。在此类情况下，当电网功率可用时，BBS可保持充满电，以最大化BBS能在电网中断后随后幸存（subsequentlysurvive）的时长。然而，当电网功率可用时，BBS通常不补充电网功率。附图说明本专利技术的一些实施例可通过参考以下描述和用来说明本专利技术的实施例的附图来更好地理解。附图中：图1示出了现有技术服务器机架的一实施例。图2示出了根据一实施例的图1的机架中的示例性功耗的图表。图3示出了根据本专利技术的一实施例的具有备用电池系统（BBS）的机架。图4A和图4B示出了根据本专利技术的一实施例的控制总机架输入功率的方法的流程图。具体实施方式在以下描述中，阐述了众多具体细节。然而，应理解，在没有这些具体细节的情况下，也可实践本专利技术的实施例。在其它实例中，未详细示出公知的电路、结构和技术，以免模糊对本描述的理解。对“一个实施例”、“一实施例”、“示例实施例”、“各种实施例”等的参考指示如此描述的本专利技术的（一个或多个）实施例可包括特定特征、结构或特性，但不是每个实施例都必然包括这些特定特征、结构或特性。此外，一些实施例可具有针对其它实施例描述的特征中的一些或所有特征，或者不具有针对其它实施例描述的特征中的任何一个特征。在以下描述和权利要求中，可使用术语“耦合的”和“连接的”及其衍生词。应理解，这些术语不旨在作为彼此的同义词。而是，在特定实施例中，“连接的”用来指示两个或更多要素彼此直接物理或电接触。“耦合的”被用来指示两个或更多要素彼此协作或交互，但它们可具有或者可不具有在它们之间的物理或电气组件。如在权利要求中所使用的，除非另外指定，否则描述公共要素的序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等的使用，仅指示提到相似要素的不同实例，并且不旨在暗示如此描述的要素必须在时间上、在空间上、以排名或以任何其它方式处于给定的序列中。本专利技术的各种实施例可全部或部分地以软件和/或固件实现。该软件和/或固件可采取含在非暂时性计算机可读存储介质之中或之上的指令的形式。指令可由一个或多个处理器读取和执行，以能够实现本文中描述的操作的性能。指令可用任何合适的形式，诸如但不限于源代码、编译代码、解译代码（interpretedcode）、可执行代码、静态代码、动态代码等。此类计算机可读介质可包括用于以由一台或多台计算机可读的形式存储信息的任何有形非暂时性介质，诸如但不限于只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘存储介质、光存储介质、闪速存储器等。为了参考，图1示出了典型的现有技术服务器机架。尽管被认为是现有技术，但是在本详细描述部分中示出它，是因为它构成了随后描述的本专利技术的各种实施例的基础。所示的机架被示出有19英寸的水平尺寸，这在过去几十年的计算机界中已经很普遍，但是也可使用其它尺寸。机架还被示出有其中用于安装服务器的总共50个单元的竖直安装空间，但是也可使用其它竖直尺寸。为了冗余起见，每台服务器被示出有两个供电单元（PSU），其中每个PSU由独立的电网功率源（源1或源2）通电（energize）。这准许服务器在PSU之一或为它供电的电网功率源发生故障的情况下继续操作。在典型的配置中，当另一个PSU发生故障时，每个PSU可为服务器供应足够的功率以进行操作。但是在没有此类故障的情况下，每个PSU可供应服务器所需功率的近似一半，并且服务器或PSU可含有以这种方式平衡负载的电路。图1的机架只含有机架有空间用于容纳的尽可能多的服务器的60%，这是现有技术服务器场中的典型配置。这种空间的巨大浪费的原因可在图2中看见。图2示出了根据一实施例的图1的机架中的示例性功耗的图表。该示例的特定机架具有8.8千瓦（kW）的最大功率额定值，和8.0kW的短期功率额定值（例如，小于5分钟），以及7.2kW的长期功率额定值（例如，超过5分钟以及甚至长达几个小时）。稳态功耗被示出在6.5kW附近。考虑到来自服务器和机架中的每个组件（例如，CPU、DDR、HDD等）消耗的功率的可能公差（tolerance），可能没有容易的方法来防止短期峰值需求超出（exceed）它们的预期范围。因此，该示例中示出0.8kW的缓冲带，以防止短期峰值需求无意中超出机架的最大功率额定值。在该示例中，这可能将机架的实际峰值功率限制到8.0kW。在所示的示例中，服务器的短期峰值负载可能使对PSU的稳态需求增加近似1.5kW。类似地，服务器的长期峰值负载可能使对PSU的稳态需求增加近似0.7kW。这两个因素结合0.8kW缓冲带导致机架中的所有服务器的稳态功耗的最大值仅为6.5kW，即使机架本身可能额定在8.8kW。这也指示短期峰值功率如何可以是限制在机架中部署更多服务器的关键因素。因此，机架中服务器的数量可显著地限制到远少于那些服务器可用的物理空间。图3示出了根据本专利技术的一实施例的具有备用电池系统（BBS）的机架。电网功率1被示为机架的AC功率的源，在所示的实施例中，它为机架中的服务器的左侧上的供电单元（PSU）提供功率（如在图1和图3两者中所见）。类似地，电网功率2被示为机架的AC功率的独立源，在所示的实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被配置成供具有第一电网功率源、第二电网功率源和电池备用系统（BBS）的计算机服务器机架中使用的控制单元，所述控制单元适于：/n检测到所述机架中的多台服务器的功率需求比所述机架的指定的最大功率极限超出第一确定量的两倍；/n将BBS输出功率设置成所述第一确定量；/n将来自所述第二电网功率源的输出功率设置成所述最大功率极限的一半减去所述第一确定量；以及/n将所述BBS输出功率设置成所述第一确定量的两倍，并将来自所述第一电网功率源的输出设置成所述最大功率极限的一半加上所述第一确定量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种被配置成供具有第一电网功率源、第二电网功率源和电池备用系统（BBS）的计算机服务器机架中使用的控制单元，所述控制单元适于：
检测到所述机架中的多台服务器的功率需求比所述机架的指定的最大功率极限超出第一确定量的两倍；
将BBS输出功率设置成所述第一确定量；
将来自所述第二电网功率源的输出功率设置成所述最大功率极限的一半减去所述第一确定量；以及
将所述BBS输出功率设置成所述第一确定量的两倍，并将来自所述第一电网功率源的输出设置成所述最大功率极限的一半加上所述第一确定量。


2.如权利要求1所述的控制单元，进一步适于：
响应于所述多台服务器的增加的功率需求，将所述BBS输出功率增加第二确定量；
响应于所述增加的功率需求，将第二电网功率输出设置成所述最大功率极限的所述一半减去所述第一确定量减去所述第二确定量；以及
将所述BBS输出功率重设成所述第一确定量的两倍加上所述第二确定量的两倍。


3.如权利要求1所述的控制单元，进一步适于：
响应于所述多台服务器的减小的功率需求，将所述BBS输出功率减小第三确定量；
响应于确定所述第一确定量的两倍减去所述第三确定量的两倍不大于零，将第一电网功率输出设置成等于第二电网功率输出等于总机架功率的一半；
响应于确定所述第一确定量的两倍减去所述第三确定量的两倍大于零，将所述第二电网功率输出设置成所述最大功率极限的所述一半减去所述第一确定量加上所述第三确定量；以及
将所述BBS输出功率重设成所述第一确定量的所述两倍减去所述第三确定量的两倍。


4.如权利要求1所述的控制单元，进一步包括在所述多台服务器中的每台服务器中的第一供电单元和第二供电单元；
其中所述第一供电单元中的每个供电单元被耦合到所述第一电网功率源，并且所述第二供电单元中的每个供电单元被耦合到所述BBS和所述第二电网功率源。


5.如权利要求4所述的控制单元，其中每台服务器被配置成平衡来自所述第一供电单元的功率需求和来自所述第二供电单元的功率需求。


6.如权利要求1所述的控制单元，进一步包括耦合在所述第二电网功率源和所述BBS之间的整流器。


7.如权利要求6所述的控制单元，其中所述控制单元要监测所述BBS的输出，并且要控制所述整流器的输出。


8.一种控制计算机服务器机架中的功率的方法，包括：
检测到所述机架中的多台服务器的功率需求比所述机架的指定的最大功率极限超出第一确定量的两倍；
将电池备用系统（BBS）的输出功率设置成所述第一确定量；
将来自第二电网功率源的输出功率设置成所述最大功率极限的一半减去所述第一确定量；以及
将所述BBS的所述输出功率设置成所述第一确定量的两倍，并将来自第一电网功率源的输出功率设置成所述最大功率极限的一半加上所述第一确定量。


9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
响应于所述多台服务器的增加的功率需求，将所述BBS的所述输出功率增加第二确定量；
响应于所述增加所述功率需求，将第二电网功率输出设置成所述最大功率极限的所述一半减去所述第一确定量减去所述第二确定量；以及
将所述BBS的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋川，梁小国，周翔，束文辉，AB尤安佐利，霍丝霄，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US