如今，人類社會已經全面步入數(shù)字時代，數(shù)據產生的速度和規(guī)模都在飛速增長。根據IDC測算，截止2022年全球累計產生數(shù)據估計為97ZB，而到了2025年，全球將累計產生180ZB的數(shù)據——也就是說，未來三年產生的數(shù)據量將超過過去30年的總和。
　　
　　與過去不同，隨著人類對數(shù)據資產的重視，每年產生的數(shù)據中很大一部分將被存儲、處理，海量的數(shù)據處理需求推動承載數(shù)據與算力的基礎設施——數(shù)據中心向大型化、高密化發(fā)展。

新型數(shù)據中心的“四高”發(fā)展趨勢

     數(shù)據中心是算力的物理載體，數(shù)據的最終歸屬地，是數(shù)字經濟的基石。隨著數(shù)字產業(yè)的發(fā)展，各領域對數(shù)據中心的需求也水漲船高。
　　
　　2021年，工信部發(fā)布了《新型數(shù)據中心發(fā)展三年行動計劃(2021-2023年)》，提出足以支撐經濟社會數(shù)字化轉型的新型數(shù)據中心，將具備高技術、高算力、高能效、高安全等四個特征。
　　
　　與“四高”相對應的，則是數(shù)據中心單體規(guī)模的持續(xù)擴大和單機柜功率密度不斷增加。在過去一年新增的數(shù)據中心建設項目中，超過3000機柜的大型數(shù)據中心比比皆是，且單機柜功率多數(shù)已經從傳統(tǒng)的2.5KW-4KW，提升到8KW-16KW以上，部分采用液冷技術的數(shù)據中心單機柜則可以達到40KW甚至上百千瓦的超高標準。
　　
　　隨著單體數(shù)據中心規(guī)模的擴大，數(shù)據中心機柜算力密度的提升，大型數(shù)據中心對電力的需求也將隨之節(jié)節(jié)攀升。如何保障高算力時代數(shù)據中心可以獲取穩(wěn)定、安全的電力供應，是作為數(shù)據中心供能“心臟”的供配電系統(tǒng)正在面臨的前所未有的挑戰(zhàn)。

亟需進化的“心臟”

      成本與效率，是數(shù)字時代的生命線，對于大型數(shù)據中心的建設來說也是如此。而傳統(tǒng)的數(shù)據中心供配電系統(tǒng)在全新的時代需求下，已經逐漸顯現(xiàn)出結構過于龐雜，安裝以及運維難度大，交付周期長，能源損耗占比高，占地空間大等系列瓶頸。
　　
　　電力從市電進入數(shù)據中心后，需要經過中壓變壓器、低壓配電柜、輸入輸出配電柜、UPS等，最后進入電子信息設備中轉化為算力。在傳統(tǒng)的供配電模式下，以上各個環(huán)節(jié)都由獨立的設備完成，相互之間缺乏足夠的契合，特別是當采用了不同品牌的產品時，設計選型和安裝難度會大幅提升，設備間轉換的損耗也難以控制。
　　
　　獨立設備還帶來了供配電整體占地空間的龐大，并且隨著單機柜用電密度的提升不斷增加。在單機柜功率在2.5KW-5KW的情況下，供配電系統(tǒng)占地面積一般為IT設備占地面積的1/4左右；而當單機柜功率提升到8KW左右時，供配電系統(tǒng)占地面積將達到IT設備占地面積的1/2左右；當單機柜密度提升到16KW，供配電系統(tǒng)占地面積將與IT設備占地面積一樣大。這對于可以用“寸土寸金”來形容的數(shù)據中心來說，顯然是極大的損失。
　　
　　簡化建設流程，提升得柜率，成為大規(guī)模數(shù)據中心供配電系統(tǒng)建設必須解決的問題，數(shù)據中心“心臟”的進化勢在必行。

超越極致，深度融合

      在不斷的創(chuàng)新嘗試中，供配電系統(tǒng)“深度融合”理念逐漸成型，并已成為當前數(shù)據中心供配電行業(yè)的共識。
　　
　　所謂深度融合，是通過一體化、模塊化的設計方式，將原本獨立的供配電設備整合成為一個整體。根據不同類型的方案，深度融合組件可以包含配電柜、UPS、饋線柜、監(jiān)控設備等眾多設備。
　　
　　通過深度融合方案整合的供配電系統(tǒng)組件之間契合度高，電力轉化損耗??；用銅排替代線纜，減少連接點，提升能效的同時也提升了系統(tǒng)整體的可靠性；模塊化結構，大幅降低了運維難度；預制化的生產方式簡化現(xiàn)場裝配流程，提升交付速度。
　　
　　可以說，深度融合的供配電解決方案解決了目前數(shù)據中心供配電面臨的大部分問題。這其中，深度融合帶來最顯著的優(yōu)勢就是體積上的大幅縮小，業(yè)內較為優(yōu)秀的深度融合解決方案，占地面積較傳統(tǒng)分散式方案可以減少近半——這意味著機房得柜率的大幅提升，數(shù)據中心用地成本也將得到很大的優(yōu)化。
　　
　　當然，要實現(xiàn)深度融合，并不是簡單的將供配電設備裝配在一起。這需要創(chuàng)新的設計，復雜的測試和精密的裝配，數(shù)據中心行業(yè)在供配電系統(tǒng)的深度融合上也進行了多方向的探索，目前較為主流的技術手段如下：
　　
　　提升UPS設備的功率密度，即高密UPS方案，也是目前被廣泛采用的方案。以模塊化UPS為例，在體積不變的情況下，3U高的單模塊功率，在近年來已經實現(xiàn)了數(shù)倍的增加，從10年前的25KW，上升到40KW、50KW、100KW，甚至有廠商宣傳做到了125kW功率密度。不過，當前功率密度的提升已經達到瓶頸，進一步提升非常困難。
　　
　　取消UPS輸入、輸出配電柜和開關，這是一種較為激進的方案。輸入、輸出柜的主要功能是對單臺UPS進行配電和維護，取消輸入、輸出配電柜和開關后，一旦需要維護就需要整列下電維護。因此完全取消UPS輸入、輸出配電柜的方案可以在市電十分穩(wěn)定有保障的情況下，供配電設備可靠性極高，且采用2N架構的系統(tǒng)中嘗試。
　　
　　“隔離開關+熔斷器”替代框架斷路器（ACB）的方案。配電柜中最主要的部分就是部件眾多、結構復雜的ACB，通過對這一設備的功能拆解和架構融合創(chuàng)新，借鑒在工廠、數(shù)據中心電池配電間、光伏電站的成熟應用經驗，用“隔離開關+熔斷器”替代ACB功能。因為隔離開關與熔斷器結構簡單，體積可控，在成本與占地方面的優(yōu)勢突出。并且在數(shù)據中心供電場景實際應用中，“隔離開關+熔斷器”這一替代方案在安全性、壽命、可維護性方面完全可以替代傳統(tǒng)的ACB。
　　
　　一體化集中監(jiān)控替代傳統(tǒng)電力儀表方案，采用電子監(jiān)控卡采集低壓柜的電壓、電流、溫度等信息，傳遞到集中控制器做統(tǒng)一監(jiān)控，可以減少分散的傳統(tǒng)儀表占據低壓柜空間。
　　
　　當然，廠商在采用深度融合方案的時候，也往往是多種技術手段融合使用。比如華為近期推出的Fusion Power6000電力模塊就是同時采用自研高密UPS、“隔離開關+熔斷器”與一體化集中監(jiān)控的綜合方案。在這套電力模塊中，將原本8個UPS柜體縮減為4個，并且將隔離開關與熔斷器整合到UPS柜中，進而取消了本需6個柜體承載的UPS輸入、輸出配電柜，配合全鏈路的融合設計，將一套原本累計總長達20米、分布在多個空間、共需要22個柜體承載的2.5MW的供配電系統(tǒng)，極致融合縮減為只有11個柜體，總長僅有9.6米的一體化供電模塊。這一供電模塊在在系統(tǒng)損耗降低60%的同時，整體占地面積下降40%，交付周期更是從傳統(tǒng)的2個月縮減為2周左右。

FusionPower6000電力模塊

     隨著算力時代的開啟，數(shù)據中心規(guī)模越來越大，交付周期越來越短，部署要求越來越高，數(shù)據中心的供配電系統(tǒng)必將隨之進化。包括深度融合在內的道路還在進一步探索之中，這不僅需要設備企業(yè)的創(chuàng)新努力，同樣也需要從企業(yè)到用戶的共同嘗試和推動。深度融合理念也將憑借其能耗低、占地小、交付周期短、運維便捷等優(yōu)勢，為數(shù)字經濟發(fā)展提供持久、可靠的澎湃動力。

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