9月27日,由开放数据中心委员会主办,百度、腾讯、阿里巴巴、中国电信、中国移动、中国信息通信研究院、英特尔承办的“2016ODCC开放数据中心峰会”在京隆重召开。在下午的ODCC服务器分会场上,百度资深系统架构师李孝众发表题为“分布式锂电池系统在数据中心的实践”的演讲。以下是演讲全文:

 

李孝众

百度资深系统架构师 李孝众

各位朋友下午好!我是来自百度系统部的负责数据中心电器系统架构的李孝众,今天能站到服务器的工作组的舞台上,我感觉在我们百度已经初步实现了数据中心和IT设备的一个融合。我今天分享的题目叫“分布式锂电池系统在数据中心的实践”。

首先,介绍两个背景。第一,我们看看现在的备用电源系统的问题在哪儿?有什么样的问题。我们现在主要的备用电源是UPS,估计全球90%的数据中心的备用电源系统都是UPS再加上铅酸电池。在中国随着BAT以及中国电信等等这些客户的推进,我们现在已经有一些这种高压直流的系统。但是,这样的系统现在存在主要有几个问题。第一个问题,系动的损耗非常大,UPS的损耗大概过去6脉冲,12脉冲能占到10%以上,现在高频化以后也在6%到8%。第二个问题,运维不太方便。比如铅酸电池最初的几年大概每年都要做一些放电的测试,后续3-5年以后,每年2-3次,甚至4次的放电测试。另外,还有一些日常的巡检。所以,这种运维是比较复杂的。第三个问题,部署不灵活,因为他们是一个集中式的系统,部署完之后IT设备随时在往上涨。当然,去过数据中心的会发现我们现在数据中心的占地非常大,一个园区动不动就是两三百亩,这个其中有很多的面积都是被备用电源系统占据了。

第二个背景,锂电池的发展,随着手持式的电子设备,特别是像手机、相机这类设备的发展,锂电池现在已经是大家觉得非常非常熟悉的一种产品了。特别是电动汽车行业的发展,过去我们国家新能源车的产量大概能到38万辆,其中有将近30万辆是纯电动车,所以这个带动了整个锂电池行业非常快速的发展。2015年的锂电池的出货量应该是2014年的3倍还多,这是产业方面。

第二,性能上,我们知道锂电池的能量密度是铅酸电池的3-5倍,所以给我们电池进入机柜,减少占地面积带来可能性。当然,最关键的是价值的因素。过去的三年我们看到锂电池的价格已经从每瓦时5块以上降到2到3块,下降幅度达到60%。当然,细心的观众可能会发现,这个地方2015年锂电池的原材料的价格还是上涨了不少,但是总的趋势还是一个下降的趋势。

我们看一下分布式锂电池系统的整个系统架构。这种系统我们分两个层面,一个叫BBS,另外一个层次就是它实际上是由BBU,由数个BBU组成一个BBS系统。然后,这个系统是挂在12V的母线上。我们看正常的是进行PSU,然后转换成直流12V,然后再给服务器供电。当市电停电以后,BBU会自动接管,我们现在通过一个电压差,PSU的输出电压大概12.6V,BBU的电压输出12.3V,通过这么一个电压差让BBU顶起电压为后面的服务器供电,在市电停电的时候。当市电来电的时候,通过充电回路给BBU充电,PSU并不会因为BBU的配置而增加它的配置,因为PSU一般都是有冗余的。

另外,还有一套监控的系统,也就是BBU里面的一些状态,以及它的告警都是通过RMC来上传到我们的整个数据中心的监控系统。这里面还有一个小的细节,就是TOR的供电,目前我们定制了一款交换机的12V输入的电源,然后我们这个方案是交换机也是通过12V的母排为它直接供电。当然,还有其他的方式,因为TOR的这种厂商非常多,如果我们都要求每个厂商都研发12V的电源PSU,这个成本也是比较高的。所以,我们其实还有另一种方案,就是在12V母线这个方案做一个逆变器,逆变成12V。因为整个TOR的用电量在天蝎机柜里面的占比是非常小大概实际负载只有100多万,但是天蝎一个机柜整个8.8千瓦,所以即使做了这么一个逆变器之后,对整个电源系统的影响也不大,就是对能量的损耗的增加也不大。这是电器系统的架构。

再看一下这个是物理上机械的结构。我们知道天蝎的机柜分46U和42U两种。其中中间的3U是为PSU来准备的。我们这个BBU是分两个1U的单元,每U里面又分可以安装2-4个BBU。我们现在的布置是在PSU的一上一下各布置了1U的BBU。但是,实际上这个BBU可以任意布置在任何其他的物质,因为它后面的方案跟服务器是一致的,可以插到任何一个布置服务器的位置。

右边这两张图,上面是一个世纪的产品,这个1U里面可以装4个Unit的产品,底下是BBU框的照片,上面可以直接插到12V的母排上,直接一推就卡上去了,所以安装维护非常方便。

所以,我们对照刚才提到的传统配电系统的问题我们再看一下,因为分布式锂电池,因为它实际上本质上属于一种后背就是离线供电的方式,所以正常的时候是没有能量经过PPS的。这样整个系统效率非常,可以达到99.5%以上。对照传统的UPS或者高压直流的方案,这个效率提升8%以上。

再看一下空间,我不知道在座各位有多少去过数据中心的,对于比如10KW级别的数据中心,中高密度的数据中心,电源系统和服务器机柜系统所占面积的比几乎是在1:1。对于我们的一个数据中心,整个二层是服务器机柜,整个一层全部是电源设备。所以,电源设备的占比非常大。这是机房的一个高压直流系统的图,如果把这些取消掉,放到机柜占到2U之后,我们初步算了一下,至少能减少数据中心占地面积达到25%以上。它的运维也非常方便,因为BBS系统里面设了BMS系统,BMS系统负责它的一些保护,还有一些正常的设备的运行的状态,我们都能实时的监测。

比如说,它可以做定时的放电,无需人工干预,如果有了故障以后,可以热插拔,在线的更换。有没有发现这张图和刚才一张图不太一样,这是我们的另一个供应商为我们做的“5+1”模块的一个系统,BBS的系统。

最后,我们知道传统的电源建成以后这个容量随着IT负载的增加,它不是一下子装满的。所以,这个里头是存在一些初投资的浪费。BBU的系统因为是随着IT的设备来装的,所以我们可以随需来部署这样的电压设备,保护了我们的投资。

今年我们部署了几十个含锂电池系统的服务器机柜,天蝎机柜。然后,我们计划明年部署到数百个规模。另外,在我们规划的数据中心里面我们已经做了这种完全的纯锂电池系统的一个设计,就是我们现在在亦庄的一个项目,已经有完全为锂电池设计的一个机房。所以,我还是很乐观的估计,随着整个锂电池系统产能的一个扩张,随着产业链的一个成熟,未来BBS,就是锂电池的系统还是成为一个非常有竞争力的一种备用电源系统。

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