Vad är en strömfördelningsenhet och hur fungerar den?

Övervakningsteamen vid datacentren arbetar ständigt för att förebygga driftstopp.

De letar efter hårdvarufel, överhettningshändelser och andra tecken på att ett driftavbrott är nära förestående. Att undvika driftavbrott är så avgörande för datacenter att övervakning av effektiviteten hamnar i bakgrunden i dessa teams tankesätt. Så borde det inte vara.

En effektiv strömfördelning i ett datacenter leder till betydande kostnadsbesparingar. Strömfördelningsenheter (PDU:er) är den hemliga ingrediensen som ser till att varje rack i ett datacenter får rätt mängd ström samtidigt som hårdvaran skyddas mot överbelastning i kretsarna och för hög effekttäthet.

PDU:er är inte en teknik som man bara installerar och sedan glömmer bort. Datacenteroperatörer måste förstå vad tekniken kan göra och hur den ska implementeras innan de placerar ut PDU:er överallt i sina strömförsörjningssystem.

Kortfattad information: Vad du behöver veta om strömfördelningsenheter

• En PDU fördelar elström från en ingångskälla till flera enheter i ett rack. Den är inte samma sak som en strömförsörjningsenhet (PSU), som omvandlar strömmen till en form som enheten faktiskt kan använda.
• PDU:er sträcker sig från enkla grenuttag till fullt nätverksanslutna övervakningssystem på uttagsnivå. 
• En ineffektiv eldistribution kan leda till att 10–12% av datacentrets totala energiförbrukning går till spillo, och högeffektiva transformatorer minskar detta underskott med 2–3 procentenheter.
• Power Usage Effectiveness (PUE) är det vedertagna effektivitetsmåttet, och det är just övervakningsdata på PDU-nivå som gör det möjligt att beräkna detta mått.
  

Vad är en PDU och vilken funktion har den i ett rack?

En strömfördelningsenhet tar emot en strömmatning och fördelar den till alla enheter i racket: servrar, switchar, lagringsenheter – allt som är anslutet. Man kan se den som den elektriska motsvarigheten till en nätverksswitch, men istället för att vidarebefordra paket vidarebefordrar den ström.

De flesta datacenter använder en PDU per rack för standardarbetsbelastningar och två för verksamhetskritiska rack. Varje PDU matas från en separat strömkälla, vilket innebär att ett fel på en enskild PDU eller strömkrets inte leder till att racket slås ut. Rack som kör bladserver eller Beräkningar med hög GPU-täthet kräver ofta mer än en PDU, oavsett hur kritisk utrustningen är, helt enkelt därför att strömförbrukningen per rackenhet är för hög för att en enda enhet ska kunna hantera den på ett säkert sätt.

Den kraftiga ökningen av efterfrågan på AI har gjort den GPU-inriktade strategin viktigare än någonsin. Ett rack med GPU-acceleratorer drar så mycket ström att det för tio år sedan skulle ha varit ovanligt för en hel rad. Om din PDU-park dimensionerades för servertätheten från 2018 är den troligen underdimensionerad för den utrustning som faktiskt är ansluten till den idag.

Hur PDU:er fungerar – från eluttag till nätverksansluten intelligens

Alla PDU:er fyller inte exakt samma funktion. Det är funktionerna hos de PDU:er du har installerat som avgör om du arbetar i blindo eller har full kontroll över varje watt.

Grundläggande PDU:er. Ofiltrerade, oövervakade eluttagslister avsedda för rackmontering. De hanterar inte data och stöder inte fjärråtkomst. De fungerar bra i ett litet skåp, men utgör en risk i alla sammanhang där man strävar efter effektiv drift.

PDU:er med mätfunktion. Denna modell är utrustad med en digital display som visar belastningen i realtid. Du kan se vilken belastning du drar, men ingen annan kan se den på samma sätt som du och det finns ingen loggning.

Övervakade (intelligenta) PDU:er. Med nästa generation av PDU-enheter rapporterar enheterna strömdata via nätverket, såsom strömstyrka, spänning och ofta även förbrukningen per uttag. Det går dock inte att styra uttagen på distans.

PDU:er med strömbrytare. Dessa har alla funktioner som en övervakad PDU har, plus fjärrstyrning av strömmen till varje uttag. Det är den här nivån som gör att du kan starta om en server som har hängt sig direkt från ditt skrivbord, istället för att behöva gå fram till serverrummet.

PDU:er med ATS (automatisk överföringsbrytare). Denna enhet har dubbla strömingångar och växlar automatiskt över till reservkällan om den primära strömkällan slutar fungera. Detta är standard för utrustning med en enda strömsladd i redundanta miljöer.

De golvmonterade PDU:erna som sitter uppströms i kedjan är ofta utrustade med isoleringstransformatorer som omvandlar högspännings- och högströmsmatningen från elnätet till de 120 V/208 V-uttag som din utrustning faktiskt använder.

Hur man mäter en PDU:s verkningsgrad

Man kan inte hantera det man inte mäter, och när det gäller PDU:er är det inte bara en kliché, utan en faktisk brist i de flesta anläggningar.

Börja med PUE. Power Usage Effectiveness (PUE) är förhållandet mellan anläggningens totala energiförbrukning och den energi som faktiskt levereras till IT-utrustningen. Data på PDU-nivå utgör vanligtvis den information som gör det möjligt att utföra denna beräkning på racknivå. En undersökning från Uptime Institute från 2014 angav branschens genomsnittliga PUE till 1,7. Ju närmare 1,0 värdet ligger, desto mindre energi går förlorad till omkostnader som distribution och kylning.

Kontrollera lastbalansen. Obalanserade belastningar mellan faserna i en trefas-PDU leder till högre strömflöde mellan transformatorns fasar, vilket resulterar i spillvärme och sänkt transformatorverkningsgrad. Om en fas blir överhettad medan de andra två är inaktiva, betalar du för en ineffektivitet som är lätt att åtgärda.

Titta på transformatorkvaliteten. PDU:er som är utrustade med högeffektiva transformatorer har en driftstid på 2%–3% mer effektivt sammantaget jämfört med enheter med generiska transformatorer. Under anläggningens livslängd innebär detta en återkommande skillnad i elräkningen.

Hitta och eliminera outnyttjad kapacitet. Överskottskapacitet som du inte använder drar fortfarande ström, såvida du inte stänger av den. Target stängde av två PDU:er på 300 kVA utan belastning i ett av sina certifierade datacenter och sparade därmed 261 000 kWh per år, enligt den fallstudie som ENERGY STAR publicerade om projektet. 

Håll koll på regeln 80%. Vid dimensionering av PDU-belastningen i Nordamerika bör summan av den anslutna utrustningens effekt inte överstiga 80% av PDU:ns nominella kapacitet för kontinuerlig drift. Om belastningen ligger nära 100% försvinner säkerhetsmarginalen så fort ytterligare ett blad monteras i racket.

De PDU-modeller som datacenterteamen behöver känna till

Om du ska köpa in utrustning är listan över tillverkare kort och består till största delen av samma namn som din elinstallatör redan känner till: 

• APC by Schneider Electric, Eaton
• Vertiv (serierna Geist och Liebert)
• Raritan, Server Technology
• CyberPower
• Delta Electronics
• Aten 
  

Var och en av dessa leverantörer täcker det spektrum som beskrivs ovan, från grundläggande till switchbaserade lösningar, med priser som stiger snabbt så snart man lägger till övervakning på uttagsnivå och DCIM-integration.

Att välja ett varumärke är viktigt, men att välja rätt nivå på PDU:n är ännu viktigare. En colocation-kund som driver rack med flera hyresgäster behöver åtminstone enheter med mätare eller övervakning, om inte annat så för att säkerställa korrekt fakturering. En hyperscale- eller AI-beräkningsmiljö med rack som är tätt packade med GPU:er behöver switchade PDU:er med hög densitet, trefasinmatning och fjärrstyrning på uttagsnivå. Kostnaden för ett oplanerat avbrott i den hårdvaran överskuggar prisskillnaden mellan olika PDU-nivåer.

Avveckling av PDU:er tillsammans med övrig hårdvara i datacentret

Här är den del som oftast utelämnas helt i diskussioner om PDU:er: dessa enheter har en andra livscykel som ingen planerar för. När ett rack tas ur drift – oavsett om det handlar om att lämna en colocation-anläggning, en uppgradering av hårdvaran eller en fullständig nedläggning av datacentret – tas PDU:n bort tillsammans med allt annat.

Den har fortfarande ett andrahandsvärde, kan fortfarande omfattas av garanti och, beroende på vad som finns registrerat i dess övervakningshistorik, kan den innehålla data som måste hanteras på samma sätt som en hårddisk.

De flesta team planerar noggrant vad som ska hända med servrarna vid avveckling, men ser den elektriska infrastrukturen som en eftertanke. Den inställningen innebär att man går miste om värde. 

Om ditt nästa datacenterprojekt innebär att man tar bort utrustning, och inte bara kopplar in den, exIT Technologies tjänster för avveckling av datacenter hantera hela racket, inklusive PDU:er, med samma dokumentation av spårbarhetskedjan som man kan förvänta sig för en server full av kunddata.