5) HVDC Efficient Power Solution for Data Center

HVDC（High Voltage Direct Current）
＋ 12V Server Rack System
Sept. 18, 2014
Onishi Hiroyuki
HVDC-WG, OCPJ
This material includes the information prepared by
companies of HVDC-WG members, CTC TechnoSolutions, NTT Data Intellilink, NTT Facilities,
Panasonic & Yutaka Electronics Industry. When
referring to the content on this, please consult
with each company.
Compute Project
OCP-J HVDC-WG
HVDC(（High Voltage Direct Current)とは、データセンタにおいてICT機器に供給する電源損
失を低減し、信頼性を向上する技術です
HVDC-WG
(1) HVDC + 12Vdc技術、ソリューションの推進
(2) GUTP(Green University of Tokyo project) DCIM-WG HVDC-SWGと連携した標準化活
動
活動計画
GUTP及びJDCC(計画中)との標準化を基本に
- OCP OpenRackにHVDC+12Vdcを供給する実証試験
- ラック搭載、サーバー内搭載による分散バッテリ方式の検討
- 直流12V ICT機器、パススルー装置の普及
連絡先
[email protected]
Compute Project
背景
Data center
Power to DC
MB
UPS
Generator
Power to IT
Power to MISC
IT equip
Computing
Cooling
Lighting
Security
Exhibition: Fact-finding 2012 version of a
datacenter market and power consumption
電源設備でのAC/DC変換、
DC/AC変換での損失は、
約 20-30%
⇒ HVDC
ICT機器でのAC/DC変換
DC/DC変換での損失は
約 30-35%
⇒ 直流12V
Compute Project
省電力
HVDCと直流12V電源の組み合わせにより、電源効率を10-20%改善
100Vac200Vac
CPU/MEM/HDD
340Vdc380Vdc
CPU/MEM/HDD
Compute Project
ヴァージニア工科大学
•非効率で無駄が多い
•信頼性も低い
•高価なシステム
受電
発電装置
変圧器
分散型電源
DC/AC
発電装置
変圧器
SW
SW
SW
インバータ
MGT
AC 三相480V
変圧器
変圧器
SW
SW
AC/DC
AC/DC
蓄電池
蓄電池
DC/AC
DC/AC
変圧器
変圧器
SW
SW
AC 単相
24V
AC 単相
120V
防災用照明設備
AC 三相480V
SW
AC 単相
120V
INV.
INV.
モータ
モータ
AC 単相
120V
SW
空調設備
照明
変圧器
変圧器
ファン・ポンプ
警報設備
アナログ
DC -48V
アナログ
IC
LED
PFC
整流器
DC/DC
FAN
デジタル
IC
メモリ
ASIC
マイクロ
プロセッサ
SW
PFC
整流器
絶縁型
DC/DC
AC 単相
120V
AC/DC
AC 単相
120V
DC/AC
IC
DC
48V
LED
DC/DC
デジタル
AC/DC
IC
メモリ
ASIC
蓄電池
SW
蓄電池
非絶縁型
DC/DC
通信用装置・電源
（注）SWは、切替盤、開閉器、遮断器、分電盤等を含む
FAN
UPS
Serer
サーバー
非絶縁型
DC/DC
マイクロ
プロセッサ
データコム装置
出典：バージニア工科大学、パワーエレクトロニクスセンタ資料を元に一部加工
Compute Project
ヴァージニア工科大学でのHVDC採用
商用系統
発電、変換、蓄積、給電、実装、制御など、データセ
ンタは将来、必要とされる技術が全て含まれている。
分散型電源
蓄電池
DC/DC
双方向
AC/DC
電源用
変換器
AC/DC
給電用
変換器
負荷用
変換器
SW
DC/DC
DC 200Vバス
DC 12V
アナログ
DC/DC
アナログ
IC
DC/DC
INV.
LED
IC
LED
DC 12V
1系 HVDC
将来の応用
⇒
・ハイブリッド車
・航空用
・船舶用
・代替電源
・分散型発電
・その他システム
MGT
SW
１Fフロア用給電
SW
0系 HVDC
通信用電源
⇒データセンタ
双方向
DC/DC
記号凡例
デジタル
IC
メモリ
ASIC
DC
マイクロ
0.8V プロセッサ
IC
モータ
照明
デジタル
空調、ファン、ポンプ
DC/DC
DC/DC
DC 3V
DC 3V
DC/DC
DC 48Vバス
メモリ
ASIC
マイクロ
プロセッサ
サーバー
FAN
FAN
通信装置
データコム装置
２Fフロア用給電
SW
サーバー
非常用設備、警報設備など
DC/DC
SW
DC 200Vバス
INV.
照明
アナログ
モータ
IC
LED
FAN
DC/DC
空調、ファン、ポンプ
DC/DC
DC 48Vバス
サーバー
サーバー
出典：バージニア工科大学、パワーエレクトロニクスセンタ資料を元に一部加工
Compute Project
HVDCの普及
2009年
2014年
Compute Project
HVDC基本構成
サーバーラック
変圧器
PS RACK
HVDC 340Vdc
AC
DC/DC
340V - 12V
265Vac
DC/DC
340V - 48V
３相交流
位相
30°
3 phase
Y結線
Star
Connection
３相交流
12V Server
12V Server
停電時
3 phase
Δ結線
Delta Connection
12V Server
48V Server
48V Server
48V Server
Battery
6相整流
DC340V
バッテリ電圧 DC288V
DC/AC
340V - AC
AC Server
AC Server
AC Server
Compute Project
dcDC(direct current Data Center)
 90%以上の電源効率
 ラック搭載集中電源の需要に応
じた増設
 省スペース
簡素な構成
電源断を伴わない保守、増設
停電時にも切替不要
少部品点数
(電解コンデンサ、ファン不要)
 ICT機器に電源搭載不要




高信頼性
省電⼒
直流化の将来
安全技術




アーク対策
電圧変動対策
中点アース
直流12V ICT





太陽光発電
燃料電池
超電導直流送電
LED (故障表示)
LED可視光通信
Compute Project
高信頼性
簡素な構成 =少部品点数、少故障点
故障点
故障点
ＡＣ
入力
ＡＣ
ＤＣ
ＤＣ
故障点
ＡＣ
Failure
故障点
Point
スイッチ
UPS
ＡＣ
ＤＣ
ＡＣ
ＤＣ
マザー
ボード
AC ITE ( Server )
バッテリ
HVDC + DC12V
ＡＣ
入力
ＡＣ
ＤＣ
ＤＣ
バッテリ
N+1冗長構成による
電圧揺らぎ無し、
無瞬断
ＤＣ
HVDC
パススルー
マザー
ボード
DC12V ITE ( Server )
N+1冗長構成による
電圧揺らぎ無し、
無瞬断
Compute Project
アーク
Compute Project
安全技術
主要技術:
アーク抑制回路(video)
コンセント
AC
～
AC DC
サーバー
ラック
PDU
PS Rack
DC340V
HVDC
DC340V
HVDC
DC
ICT機器（DC12V）
DC12V
マザーボード
CPU Memory HDD
Battery
主要技術: 中点アース
冗長化集
中電源
主要技術: バスバー
Compute Project
アーク抑制回路
13
Compute Project
安全性 (HVDC用コンセント)
感電
Terminal
Power
Source
Pin
ICT
Equipment
Plug
Socket-Outlet
スイッチ
アーク
ロック
Compute Project
OpenrackでのHVDC検証
2014年9月-12月
CTC TSC(東京九段)
OCP Openrack
@CTC TSC
ラック搭載リチウムイオン電池についても計画中
dc12V
OCP
Servers
HVDC Power Source
HVDC cabinet
Controller, Rectifier, Battery)
AC（UPS）
ACtoDC converter
LiB
ΔY Transformer
10kW
dc12V
OCP
Servers
HVDC
AC⼊⼒
HVDCtoDC
converter
6φ AC
Compute Project
実証実験
 効率性
 HVDC+12Vdc vs 200Vac
 安全性
 感電
 中点アース、漏電検知器
 アーク対策
 信頼性
 停電時などのトラブル対応
 保守性 (整流装置, PSU)
効率⽐較
効率
95.0 %
90.0 %
9.0%
85.0 %
8.4%
18.0%
80.0 %
75.0 %
70.0 %
65.0 %
60.0 %
12.5%
25.0%
37.5%
50.0%
62.5%
75.0%
87.5%
100.0%
負荷率 ( % )
Compute Project
Sept. 19, 2014 Lab Tour
Time
Round 1 14:00 pm - 15:10 pm
Round 2 15:30 pm - 16:40 pm
Place
CTC TSC(Technical Solution Center)
Kurita-Kudan bldg., Fujimi 1-11-5,
Chiyoda, TOKYO
http://www.ctc-g.co.jp/about/corporate/access/tsc_kudan.html
Agenda - Round 1(Round 2)
14:00 pm(15:30pm)
welcome - Onishi, NTT Comware
14:10 - 14:30(15:40 - 16:00)
TSC overview - Koizumi-san, CTC
HVDC trial Overview - Mura-san, NTT Data Intellink
14:30 - 15:00(16:00 - 16:30)
Lab tour & demonstaration
- Thakur-san & Koizumi-san, CTC
- Mura-san, NTT Data Intellink
15:00 - 15:10(16:30 - 16:40)
Wrap Up
Compute Project

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