人們都知道，超級計算機(jī)技術(shù)非常酷，可以幫助我們實現(xiàn)一些人類大的希望和夢想，包括人類基因組圖譜到尋找希格斯玻色子的“上帝粒子”，但超級計算機(jī)運行操作也是極其昂貴的，因為需要消耗大量的電能。

德克薩斯州奧斯丁高級計算中心（TACC）擁有一系列高耗能的超級計算機(jī)。德克薩斯大學(xué)奧斯丁的大腦研究人員采用TACC進(jìn)行大型計算研究工作，這關(guān)系到每年全球數(shù)百萬的生命。例如A型流感病毒的問題，或NMDA腦受體故障，帕金森癥，老年癡呆癥，精神分裂癥等問題。

TACC最近宣布，將與日本政府的研究和開發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行項目合作，其目的是證明超級計算機(jī)可以采用太陽能電池板產(chǎn)生的大量電能。該項目的另一部分是證明他們也可以采用一種非傳統(tǒng)的電源，據(jù)說是更加高效的高壓直流電源，并將其直接連接到服務(wù)器。

一種罕見的組合

采用太陽能發(fā)電的數(shù)據(jù)中心，特別是采用現(xiàn)場太陽能發(fā)電的數(shù)據(jù)中心并不是主流，但目前在世界各地還有許多規(guī)模龐大的部署案例。其中一個大的例子，就是蘋果公司在北卡羅來納州數(shù)據(jù)中心采用兩個20兆瓦的太陽能農(nóng)場發(fā)出的電能，以及其在新澤西州普林斯頓的QTS數(shù)據(jù)中心采用一個14兆瓦的太陽能裝置。

而使用現(xiàn)場太陽能發(fā)電大的挑戰(zhàn)是，太陽能發(fā)電設(shè)備需要占用數(shù)據(jù)中心大量的空間，另外太陽能發(fā)電還有一定的間歇性，而數(shù)據(jù)中心需要一個穩(wěn)定的電力供應(yīng)，因此，數(shù)據(jù)中心的太陽能發(fā)電系統(tǒng)需要與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，或者具備大規(guī)模的能源儲存能務(wù)，或者二者結(jié)合。

并不景氣的數(shù)據(jù)中心高壓直流供電

但是，太陽能發(fā)電可以與高壓直流配電系統(tǒng)配套使用，因為這是目前光伏電站組合的一種方式。數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)低壓交流配電系統(tǒng)從市電接收480V交流電，并將其轉(zhuǎn)換為直流電，為UPS電池充電，在UPS輸出時轉(zhuǎn)換成交流電，輸出208V交流電到配電單元，再將208V電源提供給服務(wù)器，最后再次轉(zhuǎn)換為12V直流電提供給計算機(jī)部件。

人們的一個觀點是，高壓直流電源可以消除所有的這些轉(zhuǎn)換步驟，因為交流電源每一次轉(zhuǎn)換都會造成電能損失，并降低能源效率。另一種說法是，一個簡單的系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)次數(shù)越少就越可靠，因為組件更少，失效的概率越低。

而那些反對使用這種替代電源配電方法的論點認(rèn)為：市場上的大多數(shù)硬件配備可以采用高壓直流電源的電源適配器，以及輸送到IT機(jī)架的高壓電源會有潛在的致命電弧閃光的風(fēng)險，威脅數(shù)據(jù)中心工作人員人身安全。另一種觀點是，現(xiàn)代交流配電系統(tǒng)已經(jīng)變得非常有效，無論效率多高的直流系統(tǒng)與之相比都可以忽略不計。

TACC希望節(jié)約15％的能源

在高功率密度的數(shù)據(jù)中心中，超級計算機(jī)配備直流系統(tǒng)，需要儲存大量電能的蓄電池組，TACC中心的執(zhí)行董事DanStanzione表示，其最新的Stampede超級計算機(jī)，大工作負(fù)載時需要5兆瓦的電能，而其正常運行一般需要約3兆瓦的電能。

除了Stampede之外，TACC還有三臺超級計算機(jī)系統(tǒng)，以及眾多的存儲設(shè)備和云計算集群。因此，該數(shù)據(jù)中心的電能消耗是十分巨大的。Stanzione說：“我們?yōu)楸ＷC數(shù)據(jù)中心設(shè)備正常運行，不得不在電源消耗上付出巨大的成本”。

這就是為什么TACC盡可能地提高其數(shù)據(jù)中心的能源效率和冷卻系統(tǒng)效率的原因，以及與日本新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織，以及NTT數(shù)據(jù)中心設(shè)施合作開發(fā)這個項目的原因。如果實驗證明達(dá)到了有效的預(yù)期，TACC希望未來在更大的規(guī)模的項目上節(jié)省更多的能耗成本。

這個概念驗證項目規(guī)模較小，發(fā)電容量250kW光伏設(shè)備部署在一所大學(xué)的停車場上，該停車場可提供60個停車位。Stanzione說，這個實用的案例可以滿足約10000個CPU核心的HPC集群的200kW的容量要求。

除了TACC潛在的節(jié)電效益之外，Stanzione希望能公布試驗結(jié)果，該試驗計劃是部署一個傳統(tǒng)的交流配電方案的計算集群，并建立一個基線，然后轉(zhuǎn)換為高壓直流，并比較兩組數(shù)據(jù)。

Stanzione認(rèn)為其目標(biāo)是可以節(jié)省15%的電能，他承認(rèn)這是一個雄心勃勃的計劃，但是，即使該項目的展示只節(jié)約了5％的能源，以TACC的能耗水平來看，仍然可以大幅度降低能成本。

數(shù)據(jù)中心的設(shè)計、建設(shè)和管理企業(yè)NTT設(shè)施公司，是日本電信巨頭NTT通信公司的子公司，是一家整體的配電系統(tǒng)集成商和供應(yīng)商。該公司在美國市場已經(jīng)投入了大量的精力拓展自己的業(yè)務(wù)，其中包括去年收購位于馬薩諸塞州的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)專家ElectronicEnvironments集團(tuán)。

NEDA公司在夏威夷電網(wǎng)和新墨西哥州智能家居示范工程開發(fā)了一個能源管理系統(tǒng)示范項目，與紐約州立大學(xué)一起實行凈零能耗的納米技術(shù)。

數(shù)據(jù)中心行業(yè)在應(yīng)用技術(shù)上是出了名的保守，特別是當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界功率，涉及到采用新技術(shù)的時候。因為他們的工作是保證服務(wù)器全天候正常運行。而一些數(shù)據(jù)中心運營商通常更喜歡那些驗證過并確實實施的解決方案。而在TACC中概念驗證的部署，就是一個可以真正幫助人們將數(shù)據(jù)中心的能源從思維轉(zhuǎn)變到現(xiàn)實的新途徑。