KR20140068822A

KR20140068822A - 데이터센터의 전원공급시스템

Info

Publication number: KR20140068822A
Application number: KR1020140048341A
Authority: KR
Inventors: 윤용수; 류근호
Original assignee: 네이버비즈니스플랫폼 주식회사
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2014-06-09

Abstract

개시된 본 발명에 의한 데이터센터의 전원공급시스템은, 적어도 하나의 교류(AC, Alternating Current) 전력을 공급하는 공급부, 상기 교류 전력을 직류(DC, Direct Current) 전력으로 변환시키는 변환부, 상기 변환된 직류 전력을 복수개로 분배함과 아울러 과전류 인가를 제어하는 분배부 및, 상기 분배부에서 분배된 복수의 직류 전력에 각각에 대해 적어도 2배 비율로 연결되는 적어도 하나 이상의 서버를 포함하여, 상기 직류 전력을 공급받는 서버부를 포함하며, 상기 서버부는 상기 분배부와의 연결을 위한 인터페이스 보드(Interface Board)를 적어도 하나 이상 구비한다. 이러한 구성에 의한 데이터센터로의 안정적인 전원 공급이 가능해져 에너지 효율 향상에 기여할 수 있게 된다.

Description

데이터센터의 전원공급시스템{POWER SUPPLY SYSTEM FOR DATA CENTER}

본 발명은 데이터센터의 전원공급시스템에 관한 것으로서, 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜 공급함에 있어서 안정적인 전원 공급을 확보할 수 있는 데이터센터의 전원공급시스템에 관한 것이다.

근래에는 대형 데이터센터가 등장함에 따라, 교류 즉, AC 전력 전달을 기반으로 하는 데이터센터를 고효율의 직류 즉, DC 전력을 기반으로 하는 데이터센터로 변경하고자 하는 연구가 진행 중이다.

한편, 일반적인 DC 데이터센터의 경우, 입력된 AC 전력을 DC 전력으로 변환시켜 복수의 서버에 전달한다. 이러한 DC 데이터센터는 효율 향상에 따른 발열 감소의 이점을 가지는 반면에, DC 서버의 표준화 미흡으로 인한 서버 호환성과 랙 호환성이 낮은 단점을 가진다. 뿐만 아니라, 상기 DC 데이터센터의 경우, AC 전력을 DC 전력으로 변환시키는 정류기의 전력모듈이 부하에 관계없이 동작됨에 따라 낮은 부하에서 낮은 효율이 야기되는 문제점을 가짐과 아울러, 전력 모니터링 기능을 제공하지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 공급함에 있어서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 데이터센터의 전원공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 데이터센터의 전원공급시스템은, 교류(AC, Alternating Current) 전력을 공급하는 공급부, 상기 교류 전력을 직류(DC, Direct Current) 전력으로 변환시키는 변환부, 상기 변환된 직류 전력을 분배하는 분배부 및, 상기 분배된 직류 전력을 제공받는 적어도 하나 이상의 서버를 포함하는 서버부를 포함하며, 상기 서버부는 상기 분배부와의 연결을 위한 인터페이스 보드(Interface Board)를 적어도 하나 이상 구비한다.

일측에 의하면, 상기 변환부와 상기 분배부는 버스바(Bus Bar)에 의해 상호 연결된다.

일측에 의하면, 상기 분배부는 복수의 분배기를 구비하여 가변적으로 동작되며, 상기 서버부는 상기 복수의 분배기 각각에 대해 적어도 2배의 비율로 상기 인터페이스 보드를 사이에 두고 접속되는 서버를 포함한다.

일측에 의하면, 상기 서버부는 상기 분배부와 연결되는 제1연결라인과, 상기 변환부와 직접 연결되는 제2연결라인에 의해 직류 전력을 공급받는다.

일측에 의하면, 상기 공급부는 상기 교류 전력을 다중 입력한다.

일측에 의하면, 상기 변환부, 분배부 및 서버부는 랙(Rack)에 설치되며, 상기 변환부와 분배부는 상기 서버부의 상부에 적층 설치된다.

일측에 의하면, 상기 변환부, 분배부 및 서버부는 랙(Rack)에 설치되며, 상기 서버부의 복수의 서버는 상호 적층되어 상기 랙에 설치되고 상기 변환부와 분배부는 상기 복수의 서버 사이 중 중앙부에 설치된다.

일측에 의하면, 상기 변환부와 연결되어 충전되며, 상기 공급부 및/또는 변환부의 오작동시 상기 서버부로 전원을 공급하는 보조 전원부를 포함한다.

일측에 의하면, 상기 인터페이스 보드의 일측은 상기 분배부로부터 직류 전원을 공급받으며 타측은 상기 서버와 각각 연결되도록 상기 서버에 대응되어 복수개 마련되며, 상기 인터페이스 보드의 일측과 상기 분배부 사이에는 고전류용 커넥터 및 과전류방지 퓨즈가 마련되고 상기 인터페이스 보드의 타측과 상기 서버 사이에는 노이즈 제거 회로가 마련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 데이터센터의 전원공급시스템은, 적어도 하나의 교류(AC, Alternating Current) 전력을 공급하는 공급부, 상기 교류 전력을 직류(DC, Direct Current) 전력으로 변환시키는 변환부, 상기 변환된 직류 전력을 복수개로 분배함과 아울러 과전류 인가를 제어하는 분배부 및, 상기 분배부에서 분배된 복수의 직류 전력에 각각에 대해 적어도 2배 비율로 연결되는 적어도 하나 이상의 서버를 포함하여, 상기 직류 전력을 공급받는 서버부를 포함하며, 상기 서버부는 상기 분배부와의 연결을 위한 인터페이스 보드(Interface Board)를 적어도 하나 이상 구비한다.

일측에 의하면, 상기 변환부, 분배부 및 서버부는 랙(Rack)에 설치되며, 상기 변환부와 분배부는 상기 서버부의 상부에 적층 설치되거나, 상기 서버부 사이에 설치된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 데이터센터로의 전력을 교류를 직류로 변환시켜 공급함으로써, 전력 공급 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

둘째, 인터페이스 보드를 구비하여 분배부로부터 분배된 직류 전력을 인터페이스 보드로 연결하여 서버로 공급함에 따라, 호환성을 확보할 수 있게 되어 에너지 효율 향상에 기여할 수 있게 된다.

셋째, 가변되는 동작 상태에 대응하여 가변적으로 전원 공급을 제어할 수 있어, 전원의 안정적인 공급에 기여할 수 있게 된다.

넷째, 공급부 및/또는 변환부의 오작동시 서버부로 전원을 비상 공급하는 보조 전원부를 구비함에 따라, 서버부로의 안정적인 전원공급이 확보될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 데이터센터의 전원공급시스템을 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 데이터센터의 전원공급시스템의 설치 상태를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 구성도,
도 3은 도 1에 도시된 변환부, 분배부 및 서버부가 랙에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 변환부와 분배부가 랙의 중앙부에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 변환부에 의해 전원 공급이 가변적으로 동작됨을 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 보조 전원부를 구비하는 변형 실시예에 의한 데이터센터의 전원공급시스템을 개략적으로 도시한 구성도, 그리고,
도 7은 변환부로 입력된 직류 전력의 부하량과 변환되는 교류 전력의 가동 용량을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 데이터센터의 전원공급시스템(1)은 공급부(10), 변환부(20), 분배부(30) 및 서버부(40)를 포함한다.

참고로, 본 발명에서 설명하는 데이터센터의 전원공급시스템(1)은 자세히 도시되지 않았으나, 대형 데이터센터의 전력공급을 위한 것으로 예시한다. 그러나, 꼭 이에 한정되지 않음은 당연하다.

상기 공급부(10)는 적어도 하나의 교류(AC, Alternating Current) 전력을 공급한다. 예를 들어, 상기 공급부(10)는 220V의 교류 전력을 공급할 수 있으나, 꼭 이에 한정되지 않는다. 한편, 상기 공급부(10)는 자세히 도시되지 않았으나, 다중으로 교류 전력을 공급하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 공급부(10)는 복수개의 교류 전력 입력을 선택적으로 온/오프(ON/OFF) 제어하거나, 스위칭(Switching) 방식을 이용하여 교류 전력의 입력을 다중화할 수 있다.

상기 변환부(20)는

상기 공급된 교류 전력을 직류(DC, Direct Current) 전력으로 변환시킨다. 상기 변환부(20)는 상기 교류 전력을 대략 12V/100A의 직류 전력으로 변환시킴이 좋다. 이때, 상기 변환부(20)는 공급되는 교류 전력을 한가지 방향만 가지는 직류 전력으로 변환시키는 복수의 정류기(21)와, 변환된 복수의 교류 전력을 통합하는 통합기(22)를 포함한다. 여기서, 상기 복수의 정류기(21)는 5개로 마련되며 통합기(22)는 백플레인(Back Plane)을 포함하는 것으로 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않음은 당연하다.

상기 분배부(30)는 변환된 직류 전력을 분배하며, 과전류가 인가됨을 제어한다. 상기 분배부(30)는 복수의 분배기(31)를 구비하여, 직류 전력을 복수개로 분배시킴에 있어서 과전류가 인가될 경우, 직류 전력의 분배를 차단시킨다. 상기 분배부(30)는 상기 변환부(20)와 전기적 에너지를 전달하기 위한 전도체인 버스바(B)(Bus Bar)에 의해 상호 연결된다.

한편, 상기 분배부(30)는 10개의 분배기(31)를 구비하여 직류 전력을 10개로 분배시키는 것으로 도시 및 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않는다. 이러한 분배부(30)로부터 분배된 직류 전력은 안정적인 전력 공급을 확보하기 위해, 대략 24V 이내, 바람직하게는 12V 전압이 대략 18A의 크기를 가지고 후술할 서버부(40)로 제공됨이 좋다.

상기 서버부(40)는 분배된 직류 전원을 제공받는 적어도 하나 이상의 서버(41)를 포함한다. 여기서, 상기 분배부(30)가 구비하는 10개의 분배기(31) 각각에 대해 적어도 2배 이상의 비율로 서버(41)가 연결되어 직류 전력을 제공받는다. 본 실시예에서는 1개의 분배기(31)에 대해 2개의 서버(41)가 연결되는 것으로 예시하며, 이에 따라 서버부(40)는 10개의 분배기(31)에 대응되어 20개의 서버(41)를 가진다.

상기 서버부(40)는 적어도 하나 이상의 인터페이스 보드(42)를 구비한다. 상기 인터페이스 보드(42)는 제공된 직류 전원을 서버(41)에 공급하기 위한 일종이 접속수단으로써, 케이블과 같은 연결라인을 단순화시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 데이터센터의 전원공급시스템(1)에서 서버(41)와 분배부(30)는 인터페이스 보드(42)를 이용하여 상호 연결된다.

이러한 인터페이스 보드(42)의 일측은 분배부(30)로부터 직류 전원을 공급받는다. 이때, 상기 인터페이스 보드(42)와 분배부(30)의 연결부위에는 자세히 도시되지 않았으나, 고전류용 커넥터 및 과전류방지 퓨즈(Fuse)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 인터페이스 보드(42)의 타측은 서버(41)의 미도시된 메인보드와 접속되어, 분배부(30)로부터 공급된 전원을 서버(41)로 공급한다. 이때, 상기 인터페이스 보드(42)의 타측은 서버(41)의 전원공급유닛(PSU, Power Supply Unit)과 유사한 소켓(Socket) 구조를 가짐이 좋으며, 자세히 도시되지 않았으나 노이즈 제거 회로가 더 포함됨이 좋다.

참고로, 본 발명에 의한 데이터센터의 전원공급시스템(1)은 해당 서버(41)에 적합한 인터페이스 보드(42)를 제작하여 다양한 서버(41)들에 대해 직류 전원 공급 시스템을 적용한다. 즉, 상기 인터페이스 보드(42)의 사용으로 인해, 일반적인 서버(41)에도 바로 적용이 가능한 범용 시스템을 구축할 수 있으며, 다양한 종류의 서버(41) 추가가 가능하다.

상기 인터페이스 보드(42)의 노출되지 않는 후면은 에폭시 계열 등의 절연체를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 인터페이스 보드(42)의 절연체(미도시)는 고전류에 대한 안전을 확보할 수 있는 일종의 커버 역할과, 인터페이스 보드(42)가 서버(41)의 안쪽 메인 보드(미도시)와 접속되도록 가이드하는 역할을 가짐으로써, 인터페이스 보드(42)의 안전하고 정확한 접속을 가능하게 한다. 또한, 필요한 경우, 상기 인터페이스 보드(42)와 분배부(30) 사이의 고전류용 커넥터(미도시)에도 상기와 같은 에폭시 계열 등의 절연체가 포함됨으로써, 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 도면의 예시에 따르면, 상기 인터페이스 보드(42)는 복수의 서버(41) 각각에 대응하여 복수개 즉, 20개가 마련된다. 이러한 서버부(40)를 구성하는 서버(41)와 인터페이스 보드(42)의 개수는 예시일 뿐 한정되지 않는다.

상기 서버부(40)로의 전력 공급은 도 2의 도시와 같이, 제1 및 제2연결라인(C1)(C2)에 의해 이루어진다. 여기서, 상기 제1연결라인(C1)은 분배부(30)로부터 분배된 직류 전력을 공급하는 라인이며, 상기 제2연결라인(C2)은 변환부(20)로부터 분배부(30)를 거치지 않고 서버부(40)로 공급되는 라인이다. 상기 제1연결라인(C1)을 통해 대략 12V 크기의 직류 전력이 서버부(40)로 공급되며, 제2연결라인(C2)을 통해서는 대략 5V 정도의 직류 전력이 서버부(40)로 공급된다. 이때, 상기 제2연결라인(C2)은 일종의 보조 전력 공급 라인임에 따라, 제2연결라인(C2)을 구비하지 않는 변형예도 가능함은 당연하다.

이러한 연결라인(C1)(C2) 연결을 위한 서버부(40)로의 전력 연결을 용이하게 하기 위해, 인터페이스 보드(42)가 서버(41)에 대응되어 마련된다.

상기와 같은 구성을 가지는 서버부(40)는 도 2 및 도 3의 도시와 같이, 랙(R)(Rack)에 적층되어 마련된다. 상기 랙(R)에 적층 설치된 복수의 서버(41)는 도 3의 도시와 같이, 전방(D1)과 후방(D2)이 모두 개방됨으로써, 전방(D1)에서 후방(D2)을 향하는 공기(A)의 흐름이 발생된다. 그로 인해, 상기 서버부(40)의 온도가 일정 온도 이하로 냉각될 수 있어, 동작 중 과열로 인한 안전사고 발생이 저감된다.

또한, 도 3의 도시와 같이, 하나의 랙(R) 구조에 상술한 변환부(20), 분배부(30) 및 서버부(40)가 일체로 설치되며, 변환부(20)와 분배부(30)가 상호 버스바(B)에 의해 연결되어 랙(R)의 상부에 위치하도록 구성된다. 이때, 상기 랙(R)에 설치된 복수의 서버(41) 중 최상단과 최하단에 위치하는 서버(41)들 사이에서 발생될 수 있는 대략 0.2 ~ 0.3V의 전압 드랍(Drop)을 보상하기 위해, 0.3V 만큼 변환부(20)에서 발생된 직류 전력의 출력을 증가시킴이 좋다.

그러나, 상기 변환부(20)와 분배부(30)의 위치는 도 3의 도시로 한정되지 않는다. 즉, 도 4의 도시와 같이, 상기 랙(R)의 대략 중앙부 즉, 서버부(40)의 사이에 변환부(20')와 분배부(30')가 위치할 수도 있다. 이 경우, 상기 랙(R)에 설치된 복수의 서버(41) 중 최상단과 최하단에 위치하는 서버(41)들 사이에서 발생될 수 있는 대략 0.2 ~ 0.3V의 전압 드랍(Drop)이 보상된다.

상기와 같은 구성을 가지는 서버부(40)는 20개의 서버(41)는 20A의 전원용량을 가지는 것으로 예시하며, 이에 따라 400A의 전원 용량이 총 필요하다. 상기 20개의 서버(41)를 초기 가동할 경우, 변환부(20)에서 변환되는 직류 전력의 용량인 500A의 80% 선에서 동작 가능하다. 구체적으로, 상기 5개의 정류기(21)를 포함하는 변환부(20) 중, 어느 하나의 정류기(21)가 오작동될 경우에도 나머지 4개의 정류기(21)가 400A의 직류 전력 용량을 제공함으로써, 서버부(40)의 안정적인 전원 공급이 가능하다. 뿐만 아니라, 정상 작동 상태에서, 상기 복수의 서버(41) 중 1대의 부하를 약 12A로 가정할 경우 20개의 서버(41)는 대략 240A의 직류 전력 용량이 요구됨에 따라, 상기 변환부(20)가 400A의 직류 전력 용량을 공급하더라도 대략 60%의 부하 동작이 가능하다. 이러한 구성에 의해, 도 5의 도시와 같이, 상기 데이터센터의 전원공급시스템(1)의 동작 상태에 따라, 상기 변환부(20)가 가변적으로 전환되어 동작됨으로써 복수의 서버(41)로부터 전력 공급 안정성을 확보할 수 있는 것이다.

또한, 상기 복수의 서버(41)들 각각의 부하 인가시 최대(Peak) 전력은 약 30A로 예시하며, 20개의 서버(41)에 접속하기 위해서는 30A 이상의 용량에 대한 과전류 차단이 요구된다. 상기 분배기(31)가 개당 2개의 서버(41)와 제1연결라인(C1)을 통해 연결되도록 설계됨에 따라, 상기 복수의 분배기(31)는 각각 60A의 전력 용량을 가지며, 보다 바람직하게는 20%의 마진을 확보한 75A의 용량을 가짐이 좋다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 데이터센터의 전원공급시스템(1)의 동작을 도 1을 참고하여 설명한다.

우선, 상기 공급부(10)를 통해 교류 전력이 변환부(20)로 공급되면, 상기 변환부(20)의 구비된 5개의 정류기(21)에 의해 교류 전력을 직류 전력으로 변환시킨다. 변환된 직류 전력은 통합기(22)를 거쳐 복수의 분배기(31)를 구비하는 분배부(30)로 제공되며, 분배부(30)를 통해 과전류 인가가 제어된 상태로 20개의 직류 전류로 분배되어 서버부(40)로 공급된다. 이때, 상기 분배부(30)와 서버부(40) 사이에는 복수의 제1연결라인(C1)이 마련되며, 복수의 제1연결라인(C1)은 인터페이스 보드(42)를 통해 복수의 서버(41) 각각에 직류 전력을 공급한다. 아울러, 도 2의 도시와 같이, 상기 제2연결라인(C2)을 통해서도 변환부(20)에서 변환된 직류 전력이 직접 서버부(40)로 공급된다.

한편, 도 6을 참고하면, 보조 전원부(50)를 포함하는 데이터센터의 전원공급시스템(1)의 변형 실시예가 도시된다. 상기 보조 전원부(50)는 상기 변환부(20)의 백플레인(22)과 연결되는 일종의 배터리(Battery)이다. 상기 보조 전원부(50)는 상기 백플레인(22)과의 연결을 통해 직류 전력이 충전되며, 비상시 상기 서버부(40)로 전원을 공급한다.

구체적으로, 상기 보조 전원부(50)는 도 7에 도시된 그래프의 D영역과 같이, 상기 변환부(20)의 부하량이 순간적으로 상승함으로써, 순간적인 변동에 즉시 대응하지 못하고 일정한 시간의 지연을 가진 후에 완만하게 변동에 대응하는 DIP(Dual In-line Package) 현상을 보완한다. 이때, 상기 보조 전원부(50)는 서버부(40)의 인터페이스 보드(42)로 전력을 공급하여 안정적인 전원공급을 확보한다. 이에 따라, 상기 변환부(20)의 과부하로 인한 서버부(40)로의 전원공급 차단 발생이 방지된다.

또한, 상기 보조 전원부(50)는 상기 공급부(10)를 통해 입력되는 교류 전력 중 어느 한 교류 전력의 공급에 장애가 발생될 경우 다른 교류 전력으로 공급을 전환시킴에 있어서 발생될 수 있는 전환시간 지연에 따른 순간정전 발생에 대응하여, 보조 전원을 서버부(40)로 공급한다. 즉, 상기 보조 전원부(50)는 순간 정전 발생과 같은 공급 전력의 이상 발생될 경우, 응급으로 상기 서버부(40)로 전원을 공급하여 안정적인 전원 공급을 확보시킨다.

참고로, 본 발명에 따른 데이터센터의 전원공급시스템(1)은 자세히 도시되지 않았으나, 카메라, 온도 센서 등의 장비 등을 포함하여, 서버(41)의 상태를 파악하여 원격 모니터링하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 카메라, 온도 센서 등과 같은 미도시된 장비의 노출되는 전면에 모듈 가동상태, 출력 상태(소모전류, 전력, 효율 등)를 표시되는 디스플레이수단이 마련될 수 있다. 이러한 가동상태 및/또는 출력 상태 정보 역시 원격 모니터링에 활용될 수 있다. 한편, 기 설정된 효율 예컨대, 바람직하게는 70% 정도의 효율을 유지하기 위해, 부하에 따라 상술한 장비의 모듈을 가변적으로 가동시키도록 모듈별 출력조정기능을 더 구비함이 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 데이타센터의 전원공급시스템 10: 공급부
20, 20': 변환부 30, 30': 분배부
40: 서버부 41: 서버
42: 인터페이스 보드

Claims

교류 전력을 직류(DC, Direct Current) 전력으로 변환시키는 변환부;
상기 변환된 직류 전력을 분배하는 분배부; 및
복수의 서버들이 상기 분배부로부터 직류 전력을 분배받을 수 있도록 상기 서버마다 인터페이스 보드(Interface Board)를 구비하는 서버부를 포함하며,
상기 변환부, 분배부, 서버부는 랙 단위별로 구성되며, 상기 변환부는 부하 상태에 따라 가변적으로 동작하고,
상기 복수의 서버들 각각의 자체적인 전원공급유닛을 대체하여 상기 분배부로부터 직접 직류 전력을 제공 받을 수 있도록 상기 인터페이스 보드의 일측은 해당 서버에 대응되도록 제작된 것인 데이터센터의 전원공급시스템.