成果報告書詳細
管理番号20160000000870
タイトル平成27年度ー平成28年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム/省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討/データセンター向けサーバラックにおける、直流給電方式の実装に伴う、高負荷領域での電力負荷平滑化制御方式の調査
公開日2016/11/12
報告書年度2015 - 2016
委託先名株式会社アイピーコア研究所
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約和文要約
1. 調査テーマ
戦略的省エネルギー技術革新プログラム/省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討/データセンター向けサーバラックにおける、直流給電方式の実装に伴う、高負荷領域での電力負荷平滑化制御方式の調査
2. 調査の目的と概要
IoT(Internet of Things)というソリューションを進展させる鍵となる設備はデータセンターである.しかし,そのデータセンターそのもののIoT化が進展していない状態となっている.
データセンターは情報インフラの重要な構成要素であることから,運用に関する信頼性には高いものが要求され,必然的に構成に冗長性が求められている.この冗長部分が電力の無駄を発生させているが,IoT化の遅れによって現状放置されている.
こうしたことからデータセンターを構成する心臓部であるサーバラックに着目し,サーバラック内の給配電について,IoT技術を用いた効率化が可能か調査を実施した.
特に,サーバラックを従来のICT機器を設置する棚ではなく,一つの装置としてみなすことにより電源系統の共通化を主眼とした.こうして共通化した電源部の構成要素を,負荷に応じて運転台数の制御を実施することにより,電源部の運転にともなう損失を最低限に抑える手法の実現に関するものである.
3. 調査結果
サーバラックにおいて,ICT機器から電源部分を取り外し,サーバラック内部で電源の集中運用を行う方式にはOpen Compute ProjectのOCP Open Rackなどで実用化されているが,こうしたものの流用は可能である.ただし,サーバラックに対する電力の供給方式が三相交流を用いる場合,電源部の運転台数を制御することにより相間による負荷のバランスが崩れる事も考えられることから単に外部制御を追加するだけでは実現できない.
サーバラック内において電源部を集中運用し,搭載されたICT機器の負荷に応じて運転台数の制御を行うという事は,ICT機器の運転負荷が低い状態で運用している場合,ICT機器群の本来の電力定格と比較し,供給能力が低い状態で動作していることも考えられる.電源部の運転台数制御に関して状態遷移を考えた場合,サーバラック内の給電が直流化されていることからも,バッテリとの連携も考えたが,現行の電源の振る舞いから連携は困難であり,連携させる場合には電源の動作を改版させる必要があるため,現実的ではない.
こうしたことから,電源部の運転台数制御を行う場合,サーバラック内においてICT機器の負荷に応じた処理を実施することを主眼とするが,データセンターにおける電源供給系全体を鑑み,システムとして処理を行う方が安定した運用が可能となる.このときの電源供給系は,高圧直流方式(HVDC:High Voltage Direct Current)と連携させる方法が望ましいと考えられる.
4. 実現化に向けて
本調査の主目的である手法を導入した場合,机上計算でおおむね最大20%程度の省エネルギーが実現できる見込みであるが,これはサーバラックのみではなく,電力供給としての上流部をUPSからHVDCに置き換え,システムとして対応する必要がある.
サーバラックを一つの機器としてみなす場合,構成機器における各種事業者の責任の範囲などについて,保守の分担や構成要素の信頼性の担保について調整が必要となる.
このように技術的には,多少の開発で実現可能であるが,システムとしての設計を行う状況を考慮に入れる必要がある.
英文要約Abstract
1.Title of research
Innovation program for strategic energy saving
Examination of related issues with important technology for energy saving
Investigation of the power load smoothing control method in a high load range with direct current power feeding system for server rack on Internet Data Center
2.Outline
The Data Center is a key component for IoT(Internet of Things) solution.
However, the Data Center is not progress for IoT, yet.
From that the Data Center is an important component of the information infrastructure, are required to have high reliability on the operation, there is a need for redundancy to inevitably configuration.
This redundant portion is generating waste of electric power.
These things focusing on the server rack, which is the heart that makes up the data center from, for feeding the power distribution in the server rack, conducted a eexaminations whether it is possible to efficiently using IoT technology.
Rather than the shelf to place a conventional ICT equipment server racks, and focuses the common power supply system by regarding as a single device.
The thus common to components of the power supply unit, by performing the control of the number of operating power supply modules according to the load, it relates to the realization of methods to reduce losses associated with the operation of the power supply unit to a minimum.
3.Result
Remove the power supply module from ICT equipment in the server rack, the system with centralized operation of the power supply inside the server rack has been put into practical use, such as OCP Open Rack of Open Compute Project, diversion of these things are possible.
However, if the power supply system of to the server rack using a three-phase alternating current, simply cannot be achieved by add an external control from the fact that it is also conceivable that collapses the balance of the load by phase by controlling the number of operating units of the power supply modules.
The power supply modules to concentrate production in a server rack, the fact that controls the number of operating modules according to the load of installed ICT equipment, when the operating load of the ICT device is operating in a low range, the ICT device group compared with the original power rating, it is also conceivable that the supply capacity is operating in a low range.
When considering a state transition with respect to the operation module control of the power supply modules, from the fact that the feeding in the server rack is direct current, but also considered cooperation with batteries, cooperation from the behavior of the current supply is difficult, since the case of cooperation, it is necessary to revision operation of the power supply, not realistic.
For these reasons, in the case of performing the operation number control of the power supply modules, but the focus to implement the process in accordance with the electrical load of the ICT equipment in the server rack, in view of the entire power supply system in the Data Center, the process as a system write performed becomes possible to perform stable operation.
At this situation of power supply system, the High Voltage Direct Current considered.
4.Next steps
By introducing the approach of the present study, energy saving of approximately up to 20% is expected to be realized with the upstream portion of the power supply change from the UPS to HVDC.
By regarding the server rack as one of the configuration, for such as the scope of responsibility of the various operators in the construction equipment, the negotiation about the reliability of the collateral of the sharing and the components of maintenance is required.
Such technical, but can be realized by a slight development, it is necessary to take into account the situation of designing of the system.
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