JP5540860B2

JP5540860B2 - サーバラック及びサーバラックの給電方法

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Publication number: JP5540860B2
Application number: JP2010096886A
Authority: JP
Inventors: 勝俊森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: JP2011229281A; US8767382B2; US20110255230A1

Description

本発明はサーバラック及びサーバラックの給電方法に関し、特に電源ユニットを複数まとめたサーバラック及びサーバラックの給電方法に関する。

近年、一カ所にサーバを集約させ、ユーザに貸し出すようなデータセンタ型ビジネスが伸びている。しかし、既設のデータセンタにおいては、一個のラックに供給出来る電力が限られている。

一般に、サーバを搭載するラックは、電源ユニットをサーバ単位で搭載している。しかし、ラックに搭載するサーバは、常時高い負荷がかかっているわけではなく、電源ユニットの電源容量を常時最大限利用しているわけではない。

複数の電源ユニットを１つの電源ユニットとして管理し、そこから複数のサーバに電力を供給する技術が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の技術は、ラックの中央に配置された電源ユニットから銅製のバスバーを経由して複数のサーバに電力を供給している。バスバーを用いることによって、給電経路の高インピーダンス化を防止している。

特開平１０−２２４９１５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、電源ユニットとサーバ間を直流送電する際に、バスバーを用いており、バスバーに対応した専用のラックや機材が必要である。さらに、バスバーを用いることで、電源ユニット及びサーバの搭載できる位置があらかじめ決まってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電力の損失を抑えつつ、より設置が容易なサーバラック及びサーバラックの給電方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるサーバラックは、複数のサーバを搭載し、複数のサーバ間に一定間隔で配置され、それぞれが１以上のサーバに電力を供給する複数の集中電源ユニットと、サーバと集中電源ユニットとを接続する直流電源ケーブルとを有し、直流電源ケーブルは、各サーバと集中電源ユニットとを所定の距離範囲内で接続するものである。

本発明において、電力損失を抑えつつ、より設置が容易なサーバラック及びサーバラックの給電方法を提供することができる。

実施の形態１にかかるサーバラック１を示す図である。実施の形態１にかかるサーバ５と集中電源ユニット２を示す図である。実施の形態１にかかる集中電源ユニット２を示す図である。実施の形態１にかかる集中電源ユニット２の内部を示す図である。実施の形態１にかかるサーバ５を示す図である。実施の形態１にかかるサーバ５の内部を示す図である。

本発明の実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。また、以下の図面に示す各装置の構成は、例えば記憶装置に読み込まれたプログラムをコンピュータ（ＰＣ（personal computer）や携帯端末装置等）上で実行することにより実現される。また、これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

図１は、本実施の形態にかかるサーバラック１を示す図である。本実施の形態にかかるサーバラック１は、複数のサーバ５と、複数の集中電源ユニット２乃至４と、複数のサーバ５及び集中電源ユニット２とを接続する直流電源ケーブル（図２参照）を有する。

集中電源ユニット２乃至４は、それぞれが複数のサーバ５の間に一定間隔で配置され、１以上のサーバ５に電力を供給する。そして、直流電源ケーブルは、各サーバ５と集中電源ユニット２とを所定の距離範囲内で接続する。

図２は、サーバ５と集中電源ユニット２を示す図である。集中電源ユニット２及びサーバ５は、それぞれコネクタ１１及び１２を有する。そして、集中電源ユニット２のコネクタ１１と、サーバ５のコネクタ１２とを直流電源ケーブル１０を介して接続されている。

本実施の形態では、集中電源ユニットが複数のサーバの間に一定間隔で設置されている。これにより、直流電源ケーブル長さを必要以上に長くすることなく、集中電源ユニット及びサーバの間を接続することができる。したがって、直流電源ケーブル１０を介することによる電力損失を最小限に抑えることができ、設置が容易で、電力損失の少ないサーバラックを提供することができる。

本実施の形態にかかるサーバラック１について、更に詳細に説明する。ここで、集中電源ユニット２からサーバ５に供給される電力の電圧は１２Ｖ以下であることが望ましい。一般にＤＣ送電を扱う場合、電送経路に「バスバー」と呼ばれる専用の機材が必要となる。しかし本実施の形態では、電圧の低いＤＣを採用することで、安全性が確保され、かつ一般に売買されているＤＣケーブルを使用することが可能となる。具体的には、ＤＣケーブルはケーブル処理がしやすいＡＷＧ(American wire gauge)などのような銅線型のケーブルを使用することができる。

図３は、本実施の形態にかかる集中電源ユニット２を示す図である。集中電源ユニット２は、内部に電源ユニット１３を複数有し、複数のサーバ５に電力を供給している。

図４は集中電源ユニット２の内部を示す図である。集中電源ユニット２は、複数の電源ユニット１３と、複数の電源ユニット１３を相互に接続するバックプレーン１４とを有する。

バックプレーン１４は、ＤＣ（direct current）出力を行うための複数のコネクタ１１を有する。複数の電源ユニット１３はバックプレーン１４経由でまとめられ、ＤＣ出力を行う複数の電源コネクタ１１に接続される。本実施の形態では、電源コネクタ１１は筐体の背面に実装される。

集中電源ユニット２は、複数の電源ユニット１３を有することにより、複数のサーバ５に供給する大容量の電力を供給する。さらに、集中電源管理ユニット２は、接続されたサーバ５の消費電力が少ない際は、一部の電源ユニット１３のみオンにし、他の電源ユニット１３をアイドル状態にすることにより、電力の消費を抑制する。

集中電源ユニット２は、コネクタ１１及び直流電源ケーブル１０を介してサーバ５に電力を供給する。

次に、サーバ５について説明する。図５は、サーバ５を示す図である。図６は、サーバ５の内部を示す図である。サーバ５は、コネクタ１２と、電力分配基盤１５と、マザーボード１６とを有する。コネクタ１２は、筐体背面に実装され、活線挿抜ができるものとする。

電力分配基盤１５は、集中電源ユニット２から供給された電力を複数の異なる電圧に分圧する。また、分圧する必要がない場合は、集中電源ユニット２からサーバ５に供給される電力は、サーバ５のマザーボード１６に直接供給される。

電力分配基盤１５は、コネクタ１２を介して供給された電力を、５Ｖスタンバイ（５Ｖｓ）、３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖの電圧に分配するＶＲ(Voltage Regulators)を有する。

サーバラック１に電源ユニット１３を載せず、電力分配基盤１５を搭載し、ＤＣをそのままサーバ５内へ取り込めるように構成させる。これにより、サーバ５に電源ユニット１３を載せず、電力分配基盤１５を搭載するため、空きスペースができ、サーバ５の小型化が可能となる。

ここで、直流電源ケーブル１０について更に説明する。銅線のＤＣケーブルでは、ケーブル長５０ｃｍで約５０ｍＶの電圧損失が発生する。

マザーボード１６で利用する１２Ｖ電圧の場合、±２％程度が電圧の変位の許容値と考えれば、２４０ｍＶ程度が低下の許容値となる。従って、本実施の形態の場合、ケーブル長は２４０ｃｍ以下が好ましい。また、同様に、マザーボード１６で利用する電圧が５Ｖ又は３．３Ｖである場合に、３．３Ｖや５．５Ｖでケーブルを経由させる場合、それぞれ電圧の変位の許容量は１００ｍＶと６６ｍＶとなり、直流電源ケーブル１０の長さは、それぞれ１００ｃｍ以下、６６ｃｍ以下であることが好ましい。以上により、直流電源ケーブル１０の長さは、２４０ｃｍ以下であることが好ましく、３．３Ｖの電圧まで考慮すれば、６０から８０ｃｍであることが更に好ましい。

従来において、直流電源を電力の供給に用いる場合、一般にバスバーを用いる。バスバーは設置する際に給電経路が固定されてしまうため、電源ユニット１３とサーバ５を最短距離で結ぶことができず、必要以上に経路が長くなってしまうことがあった。給電経路が長くなると、供給電力の電圧低下が生じる。よって、供給される電力の電圧の低下を抑えるために、供給する電力の電圧を１２Ｖ以上にする必要があった。

本実施の形態では、集中電源ユニット２を複数のサーバ５で挟みこむ形で配置し、直流電源ケーブル１０により、より短い長さで接続する。従来直流電流の供給にもちいられていたバスバーに比べれば、ケーブルにより取り回しやすい接続と最短距離で接続することができるため、１２Ｖ電源を利用しても電圧低下を最低限に抑えることが可能となる。

また、一般にマザーボード１６を動作させる場合、１２Ｖや５Ｖ、３．３Ｖなどの電圧が必要である。１２Ｖよりも高い電圧で集中電源ユニット２よりサーバ５に電力を供給した場合、これを１２Ｖや５Ｖ、３．３Ｖに変換しようとすると、電圧差が大きいため、大きな変換ロスが発生する。

これに対し、本実施の形態では１２Ｖの低電圧を用い、１２Ｖが必要な回路にはそのまま電流を、５Ｖや３．３Ｖが必要な回路には１２Ｖからの５Ｖ、及び３．３Ｖへ変換しており、変換ロスを少なくできる。よって、変換による給電経路の高インピーダンス化を防ぐことができる。

本実施の形態では、サーバ５の間に集中電源ユニットを接続し、両者をＤＣケーブルで最短距離となるよう接続する。これにより、バスバーが不要となり、取り回しのしやすいＤＣケーブルによる容易な設置が可能となり、導入にかかる費用や設置時間を削減することが可能となる。

さらに、サーバ５と集中電源ユニット間のＤＣケーブルの取り回しを最短化することで、電力損失を最小化することができる。また、サーバラックだけでなく、ブレードサーバやストレージサーバなど、他の機器でも利用することが可能となる。

ケーブルで接続するため、所定の距離範囲内であれば、異なったラックに搭載された集中電源ユニットとサーバとをＤＣケーブルで接続するなどの応用も可能である。集中電源ユニットとサーバ５間をＤＣ送電する場合、電送経路は安全面を考えて棒状の「バスバー」と呼ばれるものを採用するが、本実施の形態では一般の銅製のＤＣケーブルを利用することが可能となり、バスバーを構築するための専用のラックや機材が不要となり、構築費用や設置時間を短縮することが可能となる。

以上より、電源ユニット１３とサーバ５を最適配置することで、電力効率を最適化し、サーバ５あたりの消費電力を少なくすることができる。また、電力分配基盤を設置することにより、サーバ５を小型化することができる。サーバ５の小型化及び電力消費の抑制により、データセンタルームにより多くのサーバ５を搭載可能にすることができる。これらより、地球環境に優しいグリーンＩＴ化を促進することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

（付記１）
複数のサーバを搭載するサーバラックであって、
前記複数のサーバ間に一定間隔で配置され、それぞれが１以上の前記サーバに電力を供給する複数の集中電源ユニットと、
前記サーバと前記集中電源ユニットとを接続する直流電源ケーブルとを有し、
前記直流電源ケーブルは、各サーバと前記集中電源ユニットとを所定の距離範囲内で接続するサーバラック。
（付記２）
前記集中電源ユニットから前記サーバに供給される電力の電圧は１２Ｖ以下である付記１記載のサーバラック。
（付記３）
前記集中電源ユニットから前記サーバに供給される電力は、当該サーバのマザーボードに直接供給されるものである付記１又は２記載のサーバラック。
（付記４）
前記サーバは、前記集中電源ユニットから供給された電力を複数の異なる電圧に分圧する電力分配基盤を有し、
前記電力分配基盤を介して前記集中電源ユニットから供給された電力を前記サーバの前記マザーボードに供給する付記１又は２記載のサーバラック。
（付記５）
前記直流電源ケーブルの長さは、当該直流電源ケーブルを介することにより、前記供給される電力の電圧の低下が供給予定電力の２％以内となるように設定される付記１記載のサーバラック。
（付記６）
前記直流電源ケーブルの長さは、２４０ｃｍ以下である付記１又は５記載のサーバラック。
（付記７）
前記直流電源ケーブルの長さは、８０ｃｍ以下である付記１又は５記載のサーバラック。
（付記８）
複数のサーバを搭載するサーバラックの給電方法であって、
前記複数のサーバ間に一定間隔で集中電源ユニットを配置し、それぞれの前記集中電源ユニットに１以上の前記サーバに電力を供給させ、
前記サーバと前記集中電源ユニットとの間を所定の距離範囲内の直流電源ケーブルで接続するサーバラックの給電方法。
（付記９）
前記集中電源ユニットから前記サーバに供給される電力の電圧は１２Ｖ以下である付記８記載のサーバラックの給電方法。
（付記１０）
前記集中電源ユニットから、前記サーバのマザーボードに直接電力を供給させる付記８又は９記載のサーバラックの給電方法
（付記１１）
前記サーバは、前記集中電源ユニットから供給された電力を複数の異なる電圧に分圧すし、
前記分圧された電力を前記サーバの前記マザーボードに供給する付記８又は９記載のサーバラックの給電方法。
（付記１２）
前記直流電源ケーブルの長さは、当該直流電源ケーブルを介することにより、前記供給される電力の電圧の低下が供給予定電力の２％以内となるように設定する付記８記載のサーバラックの給電方法。

１サーバラック
２集中電源ユニット
３集中電源ユニット
４集中電源ユニット
５サーバ
１０直流電源ケーブル
１１コネクタ
１２コネクタ
１３電源ユニット
１４バックプレーン
１５電力分配基盤
１６マザーボード

Claims

複数のサーバを搭載するサーバラックであって、
前記複数のサーバ間に一定間隔で配置され、それぞれが１以上の前記サーバに電力を供給する複数の集中電源ユニットと、
前記サーバと前記集中電源ユニットとを接続する直流電源ケーブルとを有し、
前記直流電源ケーブルは、各サーバと前記集中電源ユニットとを所定の距離範囲内で接続し、
前記複数のサーバは前記集中電源ユニットを挟み込むサーバラック。
前記集中電源ユニットから前記サーバに供給される電力の電圧は１２Ｖ以下である請求項１記載のサーバラック。
前記集中電源ユニットから前記サーバに供給される電力は、当該サーバのマザーボードに直接供給されるものである請求項１又は２記載のサーバラック。
前記サーバは、前記集中電源ユニットから供給された電力を複数の異なる電圧に分圧する電力分配基盤を有し、
前記電力分配基盤を介して前記集中電源ユニットから供給された電力を前記サーバの前記マザーボードに供給する請求項１又は２記載のサーバラック。
前記直流電源ケーブルの長さは、当該直流電源ケーブルを介することにより、前記供給される電力の電圧の低下が前記マザーボードで利用する電圧の２％以内となるように設定される請求項３記載のサーバラック。
前記直流電源ケーブルの長さは、２４０ｃｍ以下である請求項１又は５記載のサーバラック。
前記直流電源ケーブルの長さは、８０ｃｍ以下である請求項１又は５記載のサーバラック。
複数のサーバを搭載するサーバラックの給電方法であって、
前記複数のサーバ間に一定間隔で集中電源ユニットを配置し、前記複数のサーバは前記集中電源ユニットを挟み込み、
それぞれの前記集中電源ユニットに１以上の前記サーバに電力を供給させ、
前記サーバと前記集中電源ユニットとの間を所定の距離範囲内の直流電源ケーブルで接続するサーバラックの給電方法。
前記集中電源ユニットから前記サーバに供給される電力の電圧は１２Ｖ以下である請求項８記載のサーバラックの給電方法。
前記集中電源ユニットから、前記サーバのマザーボードに直接電力を供給させる請求項８又は９記載のサーバラックの給電方法。