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数据中心和 网络机房的 动态功率变化 作者：Jim Spitaels 43 号白皮书 版本 2 摘要 数据中心和网络机房的功率要求随计算负载的变化而瞬息万变。这种变化的幅度已经在增长，并 且随着电源管理技术在服务器和通信设备中的部署会继续急剧增长。这种变化带来了可用性和管 理方面的新问题。  2005 American Power Conversion 。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统 2 存储本文的任何部分。 2005 年 2 月修订版 简介 数据中心和网络机房消耗的总电源功率是已安装的 IT 设备所消耗功率的总和。在以前，这类设备的功耗随计 算负载或工作模式的不同，只会发生极小的变化。 为延长笔记本电脑的电池供电时间，需要对处理器的电源消耗进行管理。电源管理技术的应用使笔记本电脑处 理器在负载较小的情况下可节电高达 90% 。随着此项技术的逐渐成熟，人们已开始将其移植到服务器的设计 中。其结果是当新开发的服务器的工作负载随时间发生变化时，其功耗可能会随之发生显著变化。 当功率随时间发生变化时，随之而来的是数据中心和网络机房设计和管理方面的各种新问题。在几年以前，这 种问题是可以忽略的。现在，问题已到达不容忽略的程度，并且问题的严重性还在不断加剧。 这种功耗波动会导致在数据中心和网络机房环境中发生意外的不良后果，包括断路器跳闸、过热和冗余电源系 统中的冗余功能丧失。这种情况给数据中心和网络机房的设计和操作人员带来了新的挑战。 动态功率变化的幅度 在整个 20 世纪 90 年代，几乎所有服务器所消耗的功率都接近于恒定。造成服务器功率变化的主要因素是磁 盘驱动器的旋转以及温控风扇的速度变化。处理器和内存子系统上的计算负载所导致的功率变化很小，在总功 耗中可以忽略不计。在典型的小型公司或企业服务器中，总功率变化一般在 5% 左右，并且这种变化几乎与计 算运行状态无关。 要大幅度降低功耗，需要 BIOS 、芯片组、处理器和操作系统之间协调配合。在这样一个电源受到管理的系统 中，每当处理器的使用率低于 100% 时，操作系统就会执行空闲线程，使处理器进入低功率状态。处于低功 率状态的时间量与系统上的计算负载成反比（例如，当 CPU 的使用率为 20% 时，处理器将有 80% 的时间处 于低功率状态）。 不同的供应商和不同种类的处理器采用不同的方法来实现低功率状态。但是，最常见的方法包括减少或停止时 钟和减少或停止对处理器、芯片组和内存的各个部件供电。 最近，处理器供应商开始引入可在 CPU 执行任务时节省电力的方法。这些方法包括改变处理器的时钟频率和 电压大小，以便更好地匹配处理器在非空闲状态下的工作负载。 需要注意的是，任何在一定条件下减小处理器功耗的方法，所减小的都是系统平均功耗。最大功耗不会改变， 并且每一代新 CPU 都有功耗升高的趋势。另外，您还必须认识到，当处理器功耗在服务器总功耗中所占比例 较大时，由计算负载造成的服务器总功耗的变化也会相应变大（按百分比计）。因此，具有多处理器的服务器 和磁盘驱动器很少的服务器（如，刀片服务器），其动态功率变化百分比最高。  2005 American Power Conversion 。保留所有权利。未经版权所有人的书面许可，不得使用、复制、复印、发送或用任何性质的存取系统 3 存储本文的任何部分。 2005 年 2 月修订版 表 1 给出了几种服务器的实际测量值，并显示出在计算机上加载不同的计算负载时，测量到的 AC 电源变 化。 表 1 —实际服务器的动态功率变化 平台 处理器 小负载消耗 大负载消耗 变化百分比 Dell PowerEdge 1150 Dual Pentium III - 1000 110 W 160 W 45% Intel Whitebox Pentium 4 - 2000 69 W 142 W 106% IBM BladeCenter HS20 Dual Xeon 3.4 GHz