Warum werden in Rechenzentrums-Servern immer noch Netzteile verwendet?

Computer benötigen hauptsächlich drei Spannungen: + 12V , + 5V und + 3,3V , alle sind Gleichspannungen.

Warum können wir nicht einfach ein paar (aus Redundanzgründen) große Netzteile haben, die diese drei Spannungen für das gesamte Rechenzentrum und die Server bereitstellen, die es direkt verwenden?

Das wäre effizienter, da das Konvertieren von Energie immer Verluste mit sich bringt. Es ist effizienter, dies einmal zu tun, als dies bei jedem Netzteil eines Servers der Fall ist. Auch für USVs ist es besser, 12-V-Batterien zu verwenden, um das gesamte 12-V-Netz des Rechenzentrums direkt mit Strom zu versorgen, anstatt den 12-V-Gleichstrom in 120/240-Wechselstrom umzuwandeln, was ziemlich ineffizient ist.

Was redest du mit Willis? Sie können heute für die meisten Server 48-V-Netzteile erhalten.

Beim Betrieb von 12 V Gleichstrom über eine mittlere / lange Distanz tritt ein Spannungsabfall auf , wohingegen 120 V Wechselstrom dieses Problem nicht hat¹. Große Verluste dort. Hochspannungs-Wechselstrom zum Rack führen und dort umwandeln.

Das Problem bei 12 V über große Entfernungen ist, dass Sie eine höhere Stromstärke benötigen, um die gleiche Leistung zu übertragen. Eine höhere Stromstärke ist weniger effizient und erfordert größere Leiter.

Das Open-Compute-Open-Rack-Design verwendet 12-V-Schienen in einem Rack, um die Stromversorgung der Komponenten zu verteilen.

Auch großer UPSes dreht sie nicht 12V DC in 120V AC - sie in der Regel 10 oder 20 Batterien in Serie angeschlossen verwenden (und dann parallel Bänken die) 120 V oder 240 V DC zur Verfügung zu stellen und dann umkehren , dass in Wechselstrom.

Also ja, wir sind bereits für kundenspezifische Installationen da, aber es gibt einiges an Aufwand, um loszulegen, und Standardhardware unterstützt dies im Allgemeinen nicht.

Nicht sequitorisch: Messen ist schwierig .

1: Ich lüge, aber weniger als DC.

Es ist nicht unbedingt effizienter, wenn Sie die I ^ 2R-Verluste erhöhen. Reduzieren Sie die Spannung und Sie müssen den Strom proportional erhöhen, aber der Widerstandsverlust (ganz zu schweigen vom Spannungsabfall) von Stromkabeln nimmt proportional zum Quadrat des Stroms zu. Daher benötigen Sie auch massive, dicke Kabel mit mehr Kupfer.

Telekommunikationsunternehmen verbrauchen normalerweise -48 V, so dass sie immer noch Stromversorgungen in Servern - Wechselrichtern - benötigen, um die DC-Pegelumwandlung durchzuführen, die eine Umwandlung in Wechselstrom darstellt, und dann wieder zurück. Die Kabel sind viel dicker.

Aus Effizienzgründen ist es nicht unbedingt eine gute Idee, alles auf DC zu betreiben.

In der Vergangenheit haben Telekommunikationsunternehmen fast ausschließlich DC in ihren Zentralbüros eingesetzt. In einem scheinbar immer wiederkehrenden Muster in der Computerbranche würde ich argumentieren, dass der Umstieg der IT-Branche auf DC und die Neuerfindung des "Rades", das Telekommunikationsunternehmen bereits vor Jahren erfunden haben, keine Seltenheit sind.

In den letzten Jahren wurde in verschiedenen Artikeln über die Verwendung von Gleichstrom zur Steigerung der Effizienz von Rechenzentren berichtet . Ich weiß, dass Facebook und Google (wie in diesem letzten Link erwähnt) große Gleichstromnutzer sind. Ich denke, es ist nur eine Frage der Zeit, bis Commodity Hosting auch diese Richtung einschlägt.

Angesichts der Verankerung der Wechselstromversorgung wird es jedoch einige Zeit dauern.

Wie oben ausgeführt, ist hoher Strom = hohe Verluste und dicke Kabel.

Ein weiterer unzulässiger Faktor ist, dass hohe Ströme zu einer Brandgefahr führen. Denken Sie daran, dass 100 A für das Lichtbogenschweißen ausreichen.

Grundsätzlich liegt der Grund für die Verwendung von Wechselstrom mit höherer Spannung darin, dass wir den Stromverlust minimieren und Einsparungen erzielen möchten.

1. P = UI bedeutet Leistung (W) ist Spannung (V) multipliziert mit Strom (A). Du brauchst etwas Power für eine HW. Sie haben die Wahl für die Spannung, aber der Strom variiert entsprechend. Dies gilt sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom. Dies führt zu einem ersten Problem und seiner Lösung .

2. Verluste sind proportional zu Strom und Widerstand (U = RI). Je mehr Strom, desto mehr Verlust in Form von Wärme. Sie müssen also eine höhere Spannung bevorzugen, um Strom und Verluste zu minimieren. Wenn Sie jedoch 3 V für die Hardware benötigen und 100 V für die Stromversorgung wählen, müssen Sie 100 V an einem Punkt in der Nähe des HW-Eingangs in 3 V umwandeln. Dies führt zu einem zweiten Problem und seiner Lösung .

3. Es ist (eigentlich) schwierig, Gleichspannungen umzuwandeln, insbesondere ohne zu große Verluste. Wir brauchen aktive und teure Schaltnetzteile. Im Gegensatz dazu ist es einfach, Wechselspannungen mit einem Transformator zu ändern (zwei einfache statische Spulen, die ein Magnetfeld verwenden).

4. Schlussfolgerung basierend auf früheren Entscheidungen : Es ist besser, eine höhere Spannung zu verwenden, die dann Wechselstrom sein muss, um eine einfache Spannungsumwandlung zu ermöglichen.

Die Ingenieure vergleichen die Kosten für elektrische Verluste / Ausfälle und die Kosten für die Spannungsumwandlung für ein bestimmtes Problem und sehen dann, welches billiger ist. Hinzu kommen Auswirkungen von Ausfällen usw.

Heute sehen wir Spannungswandler für Gleichstrom, die effektiv und kostengünstiger sind. Die besten Lösungen können sich also in Zukunft ändern.

Es läuft wahrscheinlich auf Geld hinaus. 120-V-Wechselstrom-Stromversorgungen sind für die LKW-Ladung leicht verfügbar, der Markt für Hochleistungs-Gleichstromversorgungen mit 12/5 / 3,3 V ist eher klein: Es gibt weit mehr Einzelcomputer als Rechenzentren. Wie bereits in anderen Antworten erwähnt, ist es unwahrscheinlich, dass ein Rechenzentrum 12 V in die Wandsteckdosen und den Konverter im Keller einspeist - eher im Gegenteil: In vielen Gewerbegebäuden werden 480 V für die Primärbeleuchtung verwendet, da dort viel mehr Geräte an einem Stromkreis betrieben werden können. Der Betrieb mit 240 VAC an den Racks ist sinnvoller als mit 12 VDC, aber ich gehe davon aus, dass in Zukunft zwei große Netzteile oben in jedem Rack und 4-polige Netzstecker für jeden Server in diesem Rack vorhanden sind.