IS210BPPBH2CAA 精确的功率测量和不断增长的数据中心需求

　数字化正以前所未有的速度发展，推动数据量呈指数级增长。这种激增推动了对数据中心的需求，并扩大了它们在数据存储基础设施中的作用。处于这一发展前沿的是气候保护法规和资源保护，这带来了双重挑战:提高整体IT基础设施性能，同时提高能效。这一挑战跨越多个层面，从整个数据中心的供电和各个大厅内的配电，到服务器和组件层面，影响到组件制造商和数据中心运营商。在这种情况下，精确的功率测量对于确保能效、运行可靠性和经济可行性变得越来越重要。为了满足这些需求，我们提供适合行业需求的测量设备和解决方案。

　　最新报告表明，2025年对数据中心的需求将继续增长。根据JLL研究，总连接负载为10 GW的数据中心建设预计将在全球范围内开始，其中7 GW将在年内完成。因此，在保持对全球气候保护目标和资源保护的坚定承诺的同时，将会产生巨大的能源需求。虽然关于能源产生来源的争论仍有争议，但对于数据中心的高能效的必要性有一个明确的共识。让我们更深入地了解这一重要方面，并研究精确的功率和能源测量有助于应对现代数据中心能耗相关的监管、经济和环境挑战的关键应用领域。

　　数据服务器的电源和不间断电源系统

　　从低到高功率等级的服务器电源在决定能耗、散热以及最终数据中心的运营成本方面起着决定性的作用。更紧凑的设计继续通过冗余电源单元实现更高的系统密度和更高的可靠性。因此，数据中心运营商越来越多地为他们的服务器和设施配备符合最高能效标准的电源。在美国,“能源之星”环境认证强制规定了认证服务器中电源的最低能效水平，特别要求符合80 PLUS银牌认证。

　　电源系统制造商现在面临着开发和不断创新电力电子产品的挑战，不仅要满足而且要超过效率和功率密度要求，以保持竞争优势。因此，业界对获得80 PLUS钛认证有着强烈的兴趣，这意味着在50 %负载下的峰值效率高达96 %。

　　为了应对这些测量挑战，我们利用LMG600系列精密功率分析仪提供定制的用户优化解决方案。这些仪器已经在开发阶段用于评估、优化并最终确定电源产品的效率。主要重点是测量输入和输出功率，以确定各种负载条件下的效率。使用我们的LMG641功率分析仪进行的示例性测量如图1所示。

　　图一。使用ZES ZIMMER LMG641功率分析仪测量服务器电源效率的示例。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　为了满足每个测试对象的单独测量要求，包括精度、模拟带宽、采样速率以及窄带和宽带同步测量，我们的功率分析仪提供了各种特别指定的测量通道，除其他应用外，还可用于精确的效率测量:

　　LMG600 B通道对于通用测量应用:最佳功率测量精度(读数的0.05%+量程的0.02 %)，带宽为500 kHz，采样速率为150 kS/s

　　LMG600 S通道对于高精度宽带和DC优化测量:最佳功率测量精度为(0.015 %读数+ 0.01 %范围)，带宽为10 MHz，采样速率为1.21 MS/s

　　我们LMG600系列的功率分析仪可以模块化配置上述测量通道，用于单相和多相测量，能够直接测量多达32个Atrms和1000个Vtrms。对于扩展的测量范围，主要是电流测量，我们的高精度PCT系列电流传感器支持高达1000 Atrms的测量，并且可以由功率分析仪直接供电。这种能力对于大功率电源的效率测量以及高容量UPS电池，允许在负载组测试中评估其容量、稳定性和效率。

　　确保数据服务器合规性

　　在联盟和国家两级，政府都制定了法定的能源效率目标，导致制定符合具体国家要求和可持续性目标的定制标准和法规。因此，数据中心和服务器必须尽可能节能环保地运行，以确保法规合规性。例如，欧盟要求对已安装的数据服务器发布欧盟符合性声明，其中包括符合电磁兼容性标准(EN/IEC 61000-3)以及测量和报告能耗的规定方法(EN 50564)。其他国家已经为数据中心实施了等效的能效标准，每个标准都根据各自的国情和可持续发展目标量身定制。

　　为了实现法律合规性和认证，可靠的合规性测试至关重要。如图2所示，我们提供LMG测试套件基于PC的测试软件，作为LMG600功率分析仪的补充解决方案。该软件使数据服务器制造商和系统集成商能够进行初步的符合性测试，根据以下标准评估谐波失真、功率因数、电压波动、能耗和其他所需参数:

　　EN/IEC 61000-3-2 / -12(谐波限值)

　　EN/IEC 61000-3-3 / -11(电压波动和闪烁)

　　羥C 62301 / EN 50564(待机功耗)

　　功率分析仪完全符合谐波测量(EN/IEC 61000-4-7)和闪烁测试(EN/IEC 61000-4-15)标准。等效的测量要求和仪器适用于认证机构。根据前面提到的B-/S-通道，我们还提供了专门为此类符合性测试设计的专用测量通道。

　　LMG600 C通道对于50/60 Hz的高精度(合规性)测量:最佳功率测量精度为(读数的0.03%+量程的0.01 %)，带宽为10 kHz，采样速率为150 kS/s。

　　图二。带有LMG测试套件PC软件的LMG600系列符合性测试系统。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　优化服务器运营中的系统能效——spec power基准测试

　　尽可能快速可靠地处理大量数据需要高计算性能，通常涉及多个处理器。根据CPU利用率，即执行的计算操作的数量，服务器电源以不同的负载水平运行，每个负载水平具有不同的效率特性。这导致整体系统能效取决于计算负载，通常表示为每瓦系统性能。服务器系统的能效因其在不同计算负载下运行的时间长短而异，从而影响性能功耗比。数据中心经理的目标是确保其安装的服务器配置持续优化节能运行。这是通过仔细选择、优化和验证服务器硬件来实现的，以便随着时间的推移获得最佳的平均性能功耗比。

　　标准性能评估公司(SPEC)，特别是SPECpower委员会，已经开发了一个行业标准基准(SPECpower_ssj2008)，以提供一种测量能耗和计算性能的结构化方法。

　　基准测试过程的核心是SPEC正式接受和支持的功率分析仪，如ZES·齐默的LMG600系列。典型的测量设置如图3和图4所示。

　　LMG611基准测试结果可用作向国家监管机构报告的现状评估。在德国和欧洲，这尤其适用于向数据中心能效登记机构强制报告能耗。借助SPECpower基准测试和我们的LMG600系列功率分析仪，数据中心运营商拥有一个成熟的测量解决方案来有效满足这些监管义务。

　　图3。使用LMG611的SPECpower基准测试的示例性测量设置。图片由提供博多的动力系统[PDF]

　　图4。使用LMG611的SPECpower基准测试的实际测量设置。图片由Hetzner Online GmbH和博多的动力系统[PDF]

　　高效变压器–最大限度降低功率损耗，优化PUE

　　由于其非线性负载占主导地位，如数据服务器、配电装置(PDU)以及通风和冷却系统的变频器，数据中心给连接到电网的变压器带来了巨大的挑战。如果不对电流谐波进行优化抑制，变压器将承受更高的视在负载，这将迫使它们在更低的效率范围内工作。这反过来又会对电力使用效率(PUE，数据中心能效的一项关键指标)产生负面影响。变压器尺寸过大不是一个经济有效的解决方案，此外还会导致更高的空载损耗。为了解决这些问题，DOE 2016(美国能源部)和欧盟生态设计指令Tier 2(欧洲)等标准和法规已经要求使用高效变压器(例如，具有无定形铁芯和改进的K-13级谐波负载的变压器)。这些变压器在50 % - 75 %负载范围内的效率超过99.5 %，同时将谐波失真降至最低。这种极低的功率损耗对用于验收和型式试验的测量设备提出了严格的要求。空载、短路和相移测量中较高的测量不确定性可能会导致不符合这些严格的行业标准。

　　高精度功率分析仪，如带A型或S型测量通道的LMG671，可提供变压器测试所需的功率测量精度、带宽和谐波分析。我们的分析仪的测量公差规格与功率因数无关，可确保可靠的结果。此外，专用过程信号接口(PSI)允许连接温度传感器，利用集成脚本编辑器在变压器短路测试期间实现温度漂移补偿(用于铜损确定)。我们的高精度电流和电压传感器，包括PCT系列电流传感器和HST系列高压分压器，能够将测量范围扩展到从数百千伏安到数MVA的功率水平。

　　精确的功率测量是关键

　　精确的功率测量是持续优化数据中心和服务器能效的关键因素。随着对计算能力需求的不断增长和监管要求的不断提高，优化整体和系统能耗变得至关重要。使用ZES ZIMMER LMG600系列功率分析仪及其附件的测量解决方案，电源、配电装置和高效变压器的制造商和开发商可以通过精确的功率分析来验证和优化他们的系统。这可确保符合监管标准，如80 PLUS、能源之星、DOE 2016和欧盟生态设计指令，同时提高能效和系统性能。

　　SPECpower基准测试与我们的功耗分析器相结合，可以对服务器效率进行标准化评估。它支持数据中心运营商优化其服务器基础设施的节能运行，同时确保符合能耗报告要求。

　　LMG600系列功率分析仪与LMG测试套件等专用测试软件相结合，确保符合能效标准。最终，它有助于最小化数据中心的环境足迹。总之，精确的功率测量对于确保数据中心以可持续、经济可行且经得起未来考验的方式运行至关重要。