数据中心的生命线:备用发电设施
通过UPS与备用发电机构建供电体系
再怎么追求完美也无法做到100%
在服务器相关术语中,有一个叫作“正常运行时间(Uptime)”的词。它指的是服务器用计算机在重启之后,到目前为止在未关机状态下持续运行的时间比例,用百分比来表示。比如,正常运行时间为100%的数据中心,意味着从上电至今,哪怕一秒钟都没有停止过运行。
100%的正常运行时间堪称数据中心的生命线。如果数据中心哪怕仅仅停止运转0.02秒,整个系统也可能崩溃。也就是说,无论发生什么事,数据中心都必须全天24小时不间断运转。电力供应之所以必然被视为数据中心的首要任务,原因就在这里。
耗电堪比一座发电站的数据中心
然而,数据中心是一个少则数百、多则数万台计算设备和电缆集中的复杂设施,一次性要消耗100~200兆瓦(MW)的电力。由于这几乎相当于一座大型发电站的用电规模,要做到“无论发生什么都必须”向数据中心供电,几乎看上去是不可能完成的任务。
因此,所有数据中心都会在建筑内部设置“备用电力设施”,而且往往不是一套,而是两套。实际上,这些备用设施就等同于数据中心宝贵的生命线。数据中心的备用电力系统大体分为“不间断电源系统(UPS)”和“备用发电机”两类。
数据中心的生命线:备用发电设施
不间断电源系统和备用发电机,都是在外部电源无法供电时启动的备用系统。一般来说,数据中心一次性要消耗100兆瓦以上的电力,因此,理想状态当然是直接从附近的发电站获取电力。
但并不能保证这类系统能全年365天、每天24小时始终以“100%”的状态运转。只要发电站、输电设施或者变压器出现一点小问题,电力供应就可能随时中断。每当这种情况发生时,数据中心内部的开关就会切换,立即启动备用电力系统。
不间断电源系统和备用发电机同样都负责提供备用电力,但具体分工略有不同。首先,不间断电源系统会在停电发生的瞬间,立刻向服务器计算机供电。不过,不间断电源系统也有局限。通常它的作用,是将储存在二次电池(电池组)中的备用电能分配给计算机,因此更接近于在突然断电时,尽量维持计算机运行的一种“紧急保护装置”。
与此同时,在不间断电源系统为服务器采取紧急措施的这段时间里,数据中心连接的另一处空间中,“备用发电机”则在全力运转。这类备用发电机由柴油机、燃气发电机或电动机等构成。由于属于大型设备,它们可以产生堪比一座发电站的电力,但要达到100%的额定输出,则需要一定的“预热时间”。不间断电源系统的作用,正是为发电机完全进入正常工作状态争取时间。
无法做到百分之百完美
尽管数据中心通过双重备用设施来保障电力供应,但要真正实现100%的正常运行时间仍然极其困难。比如,2022年10月,韩国最大即时通讯系统“KaKaoTalk”就曾因数据中心火灾而全面瘫痪。当时KaKao租用的数据中心设施中同样配备了不间断电源系统和备用发电机,但火灾却发生在与不间断电源系统相连的电池上,最终导致整个备用系统被迫关停,无法阻止服务器宕机。
归根结底,绝对完美的系统并不存在。建设和运营数据中心的互联网技术企业,只能通过严密的双重、甚至三重保护装置来应对万一的状况。比如在所有电力输送设备上安装热感应器和防火装置,针对易燃的电池配置专门的消防应对系统,甚至将不间断电源系统和备用发电机本身也做成冗余配置。
建设一座数据中心需要天文数字般的投入。这些成本不仅源于高性能中央处理器和图形处理器,也来自这种纯粹的“工程难度”。当今的互联网技术企业,为了打造更安全的数据中心,正不断向包括不间断电源系统、发电机、消防设施、监控系统在内的各类保护体系投入资金。
正因如此,数据中心的建设成本水涨船高,动辄达到数万亿韩元规模,但与意外服务器宕机可能带来的潜在营收损失和品牌价值受损相比,这依然是一笔值得承担的投资。
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