服務器電源是整個數據中心供配電系統建設的出發點和歸宿點，了解服務器電源的相關外特性對于數據中心的供配電系統建設具有基礎的意義。充分了解服務器電源的容量、冗余方式、制冷要求和能效設計等主要指標對于數據中心供配電系統的設計是完全有必要的。
1. 服務器電源容量
在數據中心供配電系統設計時，首要的工作就是確定負載的容量。那么，負載的容量和服務器電源容量到底是什么關系？這個問題十分令人困擾。
可以先考察業界某知名廠商的一款電源的銘牌，如圖1所示。
圖1 業界某知名廠商的一款電源的銘牌
關于服務器電源的銘牌，一般不會直接貼在服務器的外殼上，而是貼在服務器電源外殼比較空曠的地方，通常只有從服務器取出電源后才能看到。
其中，INPUT（輸入）：220V～/4A 50Hz，定義的是該電源的輸入參數，通常很容易讓人誤解，服務器的功率就是INPUT 220V×4A=880VA，即該服務器的額定視在功率。
此處需要特別強調的是，INPUT（輸入）中220V是服務器電源額定輸入電壓，而4A是指最大額定輸入電流能力，表征電源在最低輸入工作電壓時的最大輸入電流能力，因此，直接用輸入額定電壓×輸入額定最大電流來表征額定輸入功率是不正確的。
OUTPUT（輸出）：250W MAX是該服務器電源最大輸出功率，這個參數通常只有在服務器電源銘牌上才能看到，因此也稱為銘牌功率（Nameplate Rating），它對設計具有現實的意義。
負載的容量并不直接等同于服務器電源的最大輸出功率。
圖2 所示為服務器電源容量與效率曲線。圖中右平面從右至左有三根垂直的直線，對應服務器的3種工況。
（1）銘牌功率：指服務器電源銘牌功率。
（2）最大工況設置：指服務器系統工作在最大用電負荷時的耗電功率。
（3）CPU 100%利用率典型工況：CPU工作在100%利用率時的耗電功率。
從圖11-12中可以看出，服務器最大的功率消耗是銘牌額定值的80%，這是因為服務器廠家在選擇電源時放寬了大致20%的富余量。
而CPU 100%利用率典型工況是銘牌額定值的67%。事實上，服務器正常工作時的能耗還小于該值。
圖2 服務器電源容量與效率曲線
因此，在具體的設計工作中，這種裕量和工況差異也建議數據中心設計者納入考慮。
2. 服務器電源冗余
服務器設備中廣泛使用兩個或兩個以上的電源同時供電，這種多電源供電技術的名稱為冗余電源（Redundant PowerSupply）。
1）冗余電源的系統結構
冗余電源系統采用輸入總線、負載總線和共享總線的“三總線”電路結構，如圖11-13所示。電源1，電源2，…，電源n為熱插拔電源模塊，它們以并聯方式相連接；C1，C2，…，Cn為各電源模塊的控制模塊；S1，S2，…，Sn為受控調節器；SENSE1，SENSE2，…，SENSEn為電源檢測信號；FB為負載電壓反饋信號。
圖3 服務器冗余電源系統結構
系統正常工作時，控制模塊通過調整電源1-n的工作參數，使系統均衡地使用每個電源模塊——每個電源模塊向系統提供相同的電流，這種工作模式稱為電流共享；或者控制受控調節器使得某一個/組電源工作，其余個/組電源備份。
根據圖3所示的服務器冗余電源系統結構可知，冗余電源系統中的每個供電模塊均可以熱插拔，一旦某個供電模塊損壞，就能在不停電情況下完成維修工作，絲毫不影響系統的正常工作。熱插拔（Hot-Swapping）是指將模塊、板卡或電源等設備帶電“接入”或“移出”正在工作的機器。
2）冗余電源對于前端供配電系統的要求
服務器冗余電源系統最終都可以歸結到雙電源系統上。服務器冗余電源（雙電源系統）設計為提高服務器本身供電的可靠性提供了可靠的物質基礎。如果雙電源服務器的每一路電源都能夠通過獨立的供電路由找獨立的能量源取電，就能夠獲得最高的可靠性。所以，關鍵點是供電路由獨立和能量源獨立。
UPS系統（服務器的能量源）的傳統供電方案，如單機/串聯熱備份/N+1直接并機等都不能做到能量源相互獨立，與之相配套的供電路由也相應地無法獨立，即每個環節都存在著明顯的單點故障，因此無法和服務器的雙電源結構進行匹配。所以，2N的供電結構（見圖4）正是基于服務器冗余電源結構而興起的供電解決方案，GB 50174—2017和ANSI/TIA 942—2014將2N的供電結構歸入最高可靠度供電等級。
圖4 2N供電結構
3. 服務器電源制冷
服務器電源是通過其內置的風扇進行強制制冷的。如表11-9所示，Intel在Power Supply Design Guideline for 2008Dual-socket Server and Workstations中，定義了關于服務器電源的相關環境參數。
表1 服務器電源溫度參數要求
制冷系統和物理結構關系密切，以ERP1U（Redundant 1U Power Supply）為例，其機械外形尺寸及氣流方向如圖5所示。從圖5中可以明顯看到氣流成水平流動方向，這對于數據中心氣流組織、機架擺放方式形成了基礎性的影響。目前，業界流行的面對面、背靠背的機架擺放方式的基礎之一就源于單臺服務器制冷氣流由前至后的水平流動方向。
圖5 ERP1U機械外形尺寸及氣流方向
圖6 所示為服務器機柜面對面、背靠背冷熱通道放置方式。
4. 服務器電源能效
計算機/服務器電源的能效一直是近幾年來業界最為關注的主題之一，業界關于計算機/服務器的能效也取得了很多成果。
圖6 服務器機柜面對面、背靠背冷熱通道放置方式
“能源之星”針對計算機電源的要求也在不斷升級。“能源之星”4.0版自2007年7月20日開始生效，要求臺式機在待機和休眠模式下的功率消耗分別不超過2.0 W和4.0 W，且對空閑（Idle）狀態下的功率消耗也做出了規定（A類≤50.0 W；B類≤65.0 W；C類≤95.0 W）；而在20%、50%和100%負載條件下的效率最低達80%。此外，更新的5.0版第一階段要求于2009年7月1日開始生效，要求使用內置電源的計算機在50%負載條件下工作效率最低達85%，而在20%和100%負載條件下最低效率達到82%。
業界還涌現了新的節能要求，諸多知名計算機廠商積極參與計算產業氣候拯救行動（CSCI），CSCI提出的計算機電源最低能效要求實現時間表如表11-10所示。
表2 CSCI提出的計算機電源最低能效要求實現時間表
表3所示為Intel在2008年提出的針對服務器電源的效率要求。
表3 Intel在2008年提出的針對服務器電源的效率要求
摘自《新基建：數據中心規劃與設計》
