IBM BladeCenter实现高密度的秘诀(1)

作者简介：周劼  IBM资深售前技术支持工程师，在企业级服务器及网络通讯领域有丰富的设计和支持经验,获得过CNE,MCSE,CCNP以及IBM服务器高级技术专家等认证
前言
电源和散热的设计是刀片服务器设计时遇到的最大挑战,同时也是刀片服务器对工业标准服务器设计的重要革新。IBM凭借其在企业级服务器市场的多年积累以及对技术创新的不懈追求,成功地设计出了IBM BladeCenter系列产品,成为刀片行业的领导者和典范。
卓越的电源和散热设计,使得IBM BladeCenter成为最高密度的Intel服务器,成为集成度最高的Intel服务器,是满足未来基础架构要求的最好服务器平台。
本文简要的介绍了IBM的研发工程师在设计电源和冷却系统时面对的挑战及极具创造性的解决方案。
电源设计
电源设计需要满足以下要求:
 尽量小体积的电源模块,同时尽量采用通用的封装和接口模式,以及目前常用的供电方式,从而最大利用客户的现有电源供电系统
 可并行运行,在一个电源模块出现故障时,剩下的一个电源模块仍然能够给指定的电源区域供电。而在两个电源模块工作时均衡输出负载
 容易使用的,可热插拔的模块化电源设计
 更高的AC到DC转换效率,降低能耗的同时也降低电源散热的要求
 采用I2C总线和系统管理模块连接,以实现对电源模块的控制和状态信息查询
因此电源系统被设计为最多可安装四个电源模块,在BladeCenter上,电源模块提供从单相(三线)交流电到12V直流电的转换,每个电源模块可提供2000W的输出。四个电源被分到两个独立的供电区域中,提供1+1的冗余。
不同于通用机柜式服务器采用的分布式电源设计:每台服务器都有自己的电源模块。也不同于其他品牌刀片服务器采用的电源环路设计。IBM BladeCenter的电源设计具有以下优势:
 采用集中供电方式,电源模块的电源转换效率更高,可靠性也更好
 目前业界最高的AC到DC转换效率,同时特殊设计使得电源在低负载下也能实现高效率的电源转换
 采用1+1冗余方式。安装和配置简单,同时避免了电源环路设计中可能出现的一个电源模块故障导致整个电源系统DC输出失效的灾难性事故
12V直流电源输出被分配到各个处理器刀片和模块,再在负载点通过电压转换模块转换为相应的电压输出供应给特定的设备使用。采用12V的配电设计使得系统可以采用技术更先进,具有更高效率的电压转换模块。该电源模块的电源密度,是同时期其他工业标准服务器电源的两倍,同时电源转换效率比其他工业标准服务器高5%。

 
图一 IBM BladeCenter电源分配设计

如上图所示,刀片中心的内部供电被设计为两个区域,区域A和区域B,各由一组冗余的电源模块供电。每个系统组件至少有两路冗余的直流输入。结合全冗余的I/O链路设计,是业界唯一一个在满配置情况下也能满足电源和I/O链路全冗余的刀片服务器设计。
区域A由电源模块1和电源模块2组成。为以下系统组件提供电源:1到6号处理器刀片,鼓风机1和2,1到4号交换模块,管理模块1和2,多媒体托盘,前部和后部操作面板。
区域B由电源模块3和4组成,为7到14号处理器刀片供电。因此当处理器刀片少于7台时,可以不用在区域B安装电源模块。
在处理器刀片内部还设计有电源控制电路和传感器,配合固件中的系统管理功能,可以更加有效的管理电源,以及利用处理器的节能特性。这些功能现在被包含在业界最强大的系统电源工具:IBM PowerExective中。
由于在7U的空间中安装了14台双路处理器刀片,管理模块,交换模块和鼓风机,因此一个IBM BladeCenter的交流输入可能达到5KW。如果在一个42U企业级机柜中安装6个IBM BladeCenter,将有可能需要超过30KW的交流电源输入。IBM提供高密度的三相60安培电源分配单元,可以提供给BladeCenter足够的供电。
由于采用了多项创新的电源设计,IBM BladeCenter的功耗,相比IBM自己的1U服务器功耗要少25%。相比其他1U服务器,最大能节约57%的能耗。