专利名称：一种全太阳能数据中心的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种低能耗的互联网数据处理中心，属于数据处理技术领域。
背景技术：
随着计算机和网络技术的发展与普及，数据中心作为计算机和网络集中安装运行的单位，已经成为一个独立的行业并具有完整的业务模式，数据中心是信息时代的大脑和中枢，在硬件上，它主要包括机房的服务器系统和供配电系统。互联网规模的不断膨胀，要求数据处理中心的规模也要不断扩大，但传统数据中心的一些缺点在很大程度上限制了其发展规模，进而影响了电子信息产业的进一步发展。其不足之处主要体现在以下几个方面1、服务器主板的功耗集中在CPU芯片，芯片级每升高IW的功耗，由此而带来的电源转换、配电系统、UPS、制冷系统和变压器等一系列设备的功耗升高2. 68 - 2. 84W,因此CPU芯片功耗的高低，是数据中心整体功耗高低的关键。传统服务器系统多采用Intel、AMD等CPU，以提高主频、设计复杂度来追求高性能，强调单台服务器的性能，此类服务器功耗大，无法满足当前更高密度更低功耗的发展要求。2、传统数据中心采用公共电网供电，由于数据中心电力需求量大而集中，且两回路或三回路供电，变、送电设施投入巨大，用电成本达到数据中心运营成本的50%以上。3、传统的数据中心通过集中的UPS系统优化电网的供电质量，集中的UPS系统一次性投入巨大，是关键的故障点，往往也是数据中心最大的风险点。4、传统数据中心中的供配电系统运行过程中，三相四线制的AC380V交流电源对UPS充电时需要作AC-DC转换，传送至机房又要作DC-AC转换，对数据中心中的IT设备进行供电前，再进行AC-DC变换，由于转换次数较多，因此能量损耗较大，平均损耗率达24%。总之，传统数据中心的能耗太高，巨额的电费已超过了一次性基础设施的投入,设计全新的低能耗数据中心已成为行业内有关技术人员目前所面临的难题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种低能耗的全太阳能数据中心，以降低能耗、促进电子信息产业的发展。本发明所述问题是以下述技术方案实现的
一种全太阳能数据中心，它包括服务器系统和供配电系统，所述供配电系统包括太阳能光伏组件、柴油发电机、市电、集中UPS电池组和三合一控制器,所述三合一控制器包括充放电保护控制器和整流充电控制器，所述太阳能光伏组件经充放电保护控制器给服务器系统供电并给集中UPS电池组充电，所述整流充电控制器的输入端通过投切转换开关与柴油发电机和市电连接，其输出端给服务器系统供电并给集中UPS电池组充电；
所述供配电系统按如下方式运作当太阳光充足，由太阳能光伏组件直接给服务器系统供电，多余的电能储存在集中UPS电池组中，柴油发电机和市电均不提供电能；当太阳能光伏组件输出的电能不足以提供服务器系统的用电量时，由太阳能光伏组件和集中UPS电池组共同给服务器系统供电，柴油发电机和市电仍不提供电能；当太阳光较弱，太阳能光伏组件和集中UPS电池组所输出的直流电压低于预设值时，由柴油发电机或市电给服务器系统供电，太阳能光伏组件停止工作。上述全太阳能数据中心，所述服务器系统是由多个微服务器组成的微服务器集群，每个微服务器内置主频在IGHZ以下的云计算节点CPU芯片。 上述全太阳能数据中心，所述微服务器内设置有电源模块，所述电源模块包括内嵌UPS蓄电池、整流器、开关型稳压电源、智能电源控制器和三个继电器，交流电依次经整流器和第一继电器的常开触点接开关型稳压电源的一个输入端，供配电系统输出的直流电压经第二继电器的常开触点接开关型稳压电源的另一个输入端，所述开关型稳压电源的输出端接内嵌UPS蓄电池并经第三继电器的常开触点给CPU主板供电，三个继电器的控制线圈接智能电源控制器的不同输出端。
本发明把太阳能当作数据中心的主供能源，交流电作为备份电源；太阳能光伏组件产生的电能可以直接向微服务器供电，减少了转换损耗；微服务器内嵌UPS系统，当一个微服务器出现故障时，不致影响其它微服务器的运行，从而大大降低了整个数据中心的风险与损失；服务器系统采用内置低主频CPU的微服务器集群，在保证数据处理能力的同时有效降低了服务器系统的功耗。本发明通过多种途径降低数据中心的能耗，实现了数据中心的绿色节能，消除了限制数据中心发展规模的瓶颈，可促进电子信息产业的进一步发展。
下面结合附图对本发明作进一步说明。图1是本发明的电原理框 图2是三合一控制器的电原理 图3是电源模块的电原理图。图中所用标号清单为K、投切转换开关，Ζ、整流器，Jl J3、第一继电器 第三继电器。
具体实施例方式针对现有数据中心的不足，本发明从数据中心的驱动电源、供配电系统、服务器系统几个方面进行设计和组合。1、微服务器集群技术。本发明中采用微服务器集群代替常规的服务器机群，微服务器由多个计算节点构成，每个计算节点的CPU是自主品牌、专用的计算节点SOC芯片,CPU内核主频低、计算节点简单，但数量多。由于芯片功耗与主频是3次方关系，而与芯片数量是近线性关系，所以，用数量众多、低主频的计算节点来迫近高主频CPU的计算性能，可以在同等计算性能下，大幅度降低整机功耗。微服务器集群具有高密度、低功耗、高性能、高可靠性、高可扩展性等多项优点。2、太阳能主供电技术。本发明采用太阳能光伏组件为数据中心的主供电源，数据中心超过80%的电能来源于清洁的太阳能，如光照条件好，可达100%太阳能供电，实现了数据中心的节能减排，绿色环保。外部电网仅作为备份电源，在日照不充分的情况下做应急使用，减少了外接电网的投入。3、微服务器内嵌UPS系统。本发明中，微服务器本身能够兼容直流和交流双回路输入，并且内嵌UPS系统，形成分布式UPS部署，相较于传统集中式UPS安装方法，可以使电源故障局部化，运行更稳定、可靠，同时减少一次性的大型UPS建设投入。4、高压直流供配电系统设计。本发明是采用直流标准进行供配电系统的设计和建设，直流范围为DC180V-DC400V。太阳能光伏组件发出的电是直流电，直接集中UPS电池组或服务器内嵌的UPS电池，其间不需要作AC-DC的任何转换。完全不同于传统的AC220和AC380供电系统的设计，减少了多次电源转换造成的损耗，提高了能源利用率。下面着重介绍微服务器集群的节能原理
服务器主板的功耗集中在CPU芯片，降低CPU芯片功耗，就可以有效降低服务器耗电量，进而减少降温空调的耗电、成比例减少供配电系统的电损，达到大幅度降低数据中心的整体用电量的目的。CPU芯片的降耗，是数据中心整体降耗的关键。芯片级每降低IW的功耗，由此而带来的电源转换、配电系统、UPS、制冷系统和变压器等一系列设备的功耗降低量将会达到2. 68 — 2. 84W。这说明芯片级的节能降耗是实现绿色节能的首要措施。CPU芯片是服务器、数据中心计算能力、数据处理能力的动力来源，在以往，人们在设计CPU芯片时，只是单一追求CPU芯片运算速度的提高，提高CPU主频是提高CPU运算速度的绝对性指标。而现在需要均衡考虑速度性能和功耗，追求单位功耗下计算能力的提高，而不是单一的计算能力提高。这样就出现了两条技术路线的比较。其一是提高CPU主频以提高服务器计算能力。为服务器安装更高主频、更高复杂度的CPU，以提高服务器的计算能力。这条路线会不断增加CPU指令执行的流水线级数、指令发射数、减少芯片中晶体管和金属走线宽度、增加CPU数据总线的宽度等等。这些复杂、极致的设计，就是为了提升CPU的工作时钟(主频)。但它的结果是使CPU的功耗呈指数增力口，它远远超过了 CPU计算能力增加的速度，两者的增加极度不平衡。其二是增加CPU数量以提高计算能力。为服务器安装数量更多的CPU、或使CPU芯片增加更多CPU内核，来提高服务器、服务器集群的计算能力。这条路线采用的CPU往往是较低复杂度、较低主频，例如流水线级数较少，CPU数据总线宽度较小等等。这些都显著降低了 CPU电路的复杂度，使其运行在较低的主频以下。它的结果是使服务器或服务器集群的计算能力随CPU数量的增加而线性增加，功耗也是线性增加，两者的增加速度均衡发展。下面对此作更深入的分析，为清晰起见，假设两种技术方案下CPU设计都为单核，同时忽略不同CPU架构下的指令执行效率。I)提高CPU主频来提高计算能力
CPU芯片的计算能力与//尤(Instruction per Clock),即每时钟指令执行数、CPU主频的关系可以用式I表示
CP = IPC * f(I)
CP (Computing Performance)表示CPU的计算能力，//T表示一个时钟周期内所执行的指令数，IPC越高，CPU电路越复杂，用Cs来表示CPU电路的规模复杂度，它可以直观地反映为CPU电路的逻辑门单元电路数量规模。CPU内部总线宽度增加也会增加CPU电路的复杂度。f是CPU的工作时钟频，即常说的主频。再来研究CPU的功耗。参考CMOS电路的能耗模型，CPU功耗与CPU工作电压K、CPU电路规模复杂度Cs、CPU的主频/之间关系可以用式2表示
Pcpu = Cs *V*V*f(2)
/ /是CPU的功耗，它正比于CPU电路的逻辑门数量，即正比于Cs，电路负载。/ /正比于CPU工作电压的二次方，正比于CPU主频八在同工艺、同设计下，要提高CPU主频/也需要同步提高K，使得式2可以再写为
Pcpu = Cs * V(f) * V(f) * f (3) / /正比于/的三次方关系。其实，要提高CPU的主频八设计复杂度提高，Cs也是/的因变量。2)增加CPU数量来提高计算能力
CPU集群计算能力的提高，是以增加群内CPU数量为主，CPU集群的计算能力表示
为
CPs =K* Mcpu * f(4)
表示CPU集群的计算能力，K是一个调整系数，代表CPU集群的调度效率，ifc/w表示CPU的数量。K隻Mmi影响，而K和ifc/w与f间是独立变量，由式4可见，CPs与f间只是一次方关系，即线性关系。考察CPU集群数量与功耗的关系，CPU群的功耗是单一CPU功耗与CPU数量的乘积，如式5示
Pcluster = Pcpu* Mcpu(5)
iar是CPU群的功耗，/ /是单一 CPU的功耗 与成线性关系。要达到同等计算能力，可以通过提高CPU主频的方法，也可以通过增加CPU数量的方法。通过上述分析可知，提高主频会使能耗呈指数增加，而增加CPU数量只使能耗呈线性增加，所以，如果能在满足应用的前提下，尽量采用增加CPU数量的办法，可以十分有效地降低服务器的能耗。CPU追求高主频，会增加指令执行的流水线级(如Intel的CPU流水线已经超过了 30级)，会增加CPU电路设计的规模复杂度和需要驱动的负载数(式2中的Cs项)，从而带来功耗的增加；CPU提高计算速度还会加宽内部总线宽度，这也会导致CPU电路的复杂度和功耗的增加;CPU电路为提高主频，采用的线宽已经接近物理极限，漏电流明显增力口，也带来了电能损耗。这些都反映了继续沿用提高主频、增加总线宽度、减少芯片线宽，来提高计算能力的旧路已经不适合当展的发展要求，走到尽头。通过上述分析可以得出结论根据面向的不同应用领域，合理选择CPU的主频、总线宽度、CPU集群数量，并配合软件的算法优化，是提高单位功耗计算能力的正确方法。服务器机群的应用方面可以分为数据优先和计算优先两类。以降低总体功耗、提高单位功耗计算能力为导向，总结出数据优先应用的服务器CPU芯片顶层设计规范
I)控制主频在IGHZ以下，因为在目前芯片制作技术条件下，IGHZ以上主频的CPU芯片在工艺、能耗和成本会出现阶跃，工艺以90纳米为界。2) CPU总线采用32位，可以满足大部数据优先的应用。对于数据计算优先的应用，可以外挂总线宽度更大的CPU。3)CPU芯片SOC化，减少对外设接口的支持，减少直至取消外围配套芯片，增强对网络通讯的支持。4 )采用多核、多线程计算，适当控制流水线级数。5)对于数据优先应用，或一些专门的算法应用，不涉及浮点计算的应用环境，取消浮点部件。对于数据计算优先的应用，可以外挂GPU或具有浮点部件的CPU用以加速，并做
好功耗管理。依此规范设计出来的CPU芯片，称为“云计算节点CPU芯片”。使用这种芯片设计出来的微计算节点电路模块，除启动FLASH芯片、内存芯片外，几乎没有任何多余的外围芯片和电路模块，功耗控制在最低水平，体积也很小。多个微计算节点模块，配合电源模块、数据交换模块，组装出来的服务器，称为“微服务器(Micro-Server)”。大量微服务器组成集群，可以取代数据中心大部分数据优先应用的常规服务器，是实现大幅度降低数据中心总耗电量的首要和基础步骤。依照上述理论指导，本发明的一个实施例是，用O. 65GHZ主频、32位MIPS架构的CPU组成微计算节点，功耗为50瓦。比较对象为2. 9GHZ主频、64位双核、X86架构CPU的HP服务器(Intel G850)，其主板功耗大于200瓦，两者均采用网络磁盘为数据储存方式。由于微服务器的超低功耗特性，原来数据中心必须的24小时机房空调强制降温，变为了普通办公环境的空调使用。微服务器降低能耗、进而减少空调用电，仅这两条结合在一起，数据中心的用电量可减少到原来的25%。
权利要求
1.一种全太阳能数据中心，其特征是，它包括服务器系统和供配电系统；所述供配电系统包括太阳能光伏组件、柴油发电机、市电、集中UPS电池组和三合一控制器，所述太阳能光伏组件、集中UPS电池组的容量应能提供整个数据处理中心所需电力的80%以上；所述三合一控制器包括蓄电池组充放电保护控制器和整流充电控制器，所述太阳能光伏组件经控制器给服务器系统供电并给集中UPS电池组充电，所述整流充电控制器的输入端通过投切转换开关K与柴油发电机和市电连接，其输出端给服务器系统供电并给集中UPS电池组充电。所述供配电系统按如下方式运作当太阳光充足，由太阳能光伏组件直接给服务器系统供电，多余的电能储存在集中UPS电池组中，柴油发电机和市电均不提供电能；当太阳能光伏组件输出的电能不足以提供服务器系统的用电量时，由太阳能光伏组件和集中UPS电池组共同给服务器系统供电，柴油发电机和市电仍不提供电能；当太阳光较弱，太阳能光伏组件和集中UPS电池组所输出的直流电压低于预设值时，由柴油发电机或市电给服务器系统供电，太阳能光伏组件停止工作。
2.根据权利要求1所述的一种全太阳能数据中心，其特征是，所述服务器系统是以多个微服务器组成的微服务器集群作为数据中心计算机系统的主体架构，各微服务器内置的 CPU芯片主频在IGHZ以下。
3.根据权利要求2所述的一种全太阳能数据中心，其特征是，所述微服务器内设置有电源模块，所述电源模块包括内嵌UPS蓄电池、整流器(Z)、开关型稳压电源、智能电源控制器和三个继电器，交流电依次经整流器(Z)和第一继电器(Jl)的常开触点连接开关型稳压电源的一个输入端，供配电系统输出的直流电压经第二继电器(J2)的常开触点接开关型稳压电源的另一个输入端，所述开关型稳压电源的输出端接内嵌UPS蓄电池并经第三继电器(J3)的常开触点给CPU主板供电，三个继电器的控制线圈由智能电源控制器控制其通断。
全文摘要
一种全太阳能数据中心，用于降低数据中心的能耗。其技术方案是，它包括服务器系统和供配电系统，所述供配电系统包括太阳能光伏组件、柴油发电机、市电、集中UPS电池组和三合一控制器，所述三合一控制器包括充放电保护控制器和整流充电控制器，所述太阳能光伏组件经充放电保护控制器给服务器系统供电并给集中UPS电池组充电，所述整流充电控制器的输入端通过投切转换开关与柴油发电机和市电连接，其输出端给服务器系统供电并给集中UPS电池组充电。本发明通过多种途径降低数据中心的能耗，实现了数据中心的绿色节能，消除了限制数据中心发展规模的瓶颈，可促进电子信息产业的进一步发展。
文档编号H02J7/00GK103019357SQ20121055805
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者伍康文, 李国昌 申请人:伍康文, 李国昌, 汕尾芯灵电子科技有限公司