Реанимируем старые серверные корпуса с блоками питания HP Common Slot / Хабр

Реанимируем старые серверные корпуса с блоками питания HP Common Slot / Хабр Компьютер

Так что там с прошивками

Современный блок питания содержит набор диагностических механизмов для контроля внутренней системы охлаждения, напряжения, силы тока и массы внутренних состояний.

Помимо автоматического отключения при перегреве, полезно иметь возможность подключить к централизованному мониторингу показатели работы подсистемы питания. Например, с их помощью можно прогнозировать выход из строя определенного БП или выявить нестабильный подвод электричества.

А теперь о минусах

При всех описанных преимуществах, у решений с несколькими блоками питания есть и отрицательные стороны:

Если у вас есть собственный негативный опыт работы с конфигурациями из нескольких блоков питания – было бы интересно почитать в комментариях.

В завершение приведу несколько полезных ссылок на калькуляторы мощности популярных вендоров:

Если вам тоже лень оценивать мощность при выборе очередного нового сервера, то эти инструменты помогут при расчете как мощности блоков питания, так и энергопотребления всего ЦОД.

Зачем это нужно?

Мы экономим на новых платформах примерно €500 – €600. Это позволяет держать стоимость аренды выделенных серверов на рыночном уровне, плюс мы не выбрасываем старые корпуса в утиль со всеми вентиляторами и бэкплэйнами, чтобы зря не загрязнять окружающую среду.

По надежности: обычно блок питания выходит из строя при первом включении. У нас для этого есть специальный тестовый стенд с автоматом  категории А на 5 А. Если БП включился, дальше он будет работать годами. Выход из строя БП подобного класса при эксплуатации в ЦОД на нашем парке из нескольких тысяч машин происходит примерно раз в полгода, как правило при модернизации оборудования. PicoPSU в обычных серверах из строя практически не выходят.

Попробуем использовать блоки питания парой и соберем для этого тестовый стенд на базе нашего сервера.

Здесь два блока питания с нашими переходными платами подключены параллельно. Платы соединены между собой прямыми проводами-удлинителями GPU. Пара кабелей по 3 провода в каждом обеспечивают перемычку как раз на 400 Вт (на пределе). Важно, чтобы соединительные кабели были качественными: нужного сечения и хорошо обжатыми (у нас как раз такие).

Имеющие двойной преобразователь

Отличие данной от модели от вышеупомянутых – это использование как источника электрической сети, так и аккумуляторной батареи одновременно. Данная схема позволяет очень плавно переходить от режима электросети к режиму аккумулятора. Устройство не имеет реле переключения, поскольку питание осуществляется от 2 источников (сети и батареи).

Как следствие – перепады и задержки переключения источников отсутствуют.

Данный тип часто применяют в офисах, где к одному ИБП подключены сразу несколько компьютеров.

Наряду с резервными, они являются более дорогостоящими, использование такого типа блока питания в домашних условиях является нерентабельным.

Как выбрать для компьютера?

Перед тем, как выбрать ИБП, который удовлетворит наши потребности, нужно учесть следующие факторы:

  1. Вид ИБП.
  2. Мощность.
  3. Автономное время работы.
  4. Длительность переключения на работу от аккумулятора и обратно.
  5. Возможность подавления перепадов напряжения.

Зачастую, «бесперебойники» покупаются для компьютеров, поскольку системные блоки, мониторы – являются наиболее уязвимыми устройствами и при отсутствии энергии.

Рекомендуется блок бесперебойного питания держать постоянно включенным в сеть, если же этого не делать, то батарея за малый промежуток времени просто выйдет из строя. Не рекомендуется отключать ИБП от сети при полном отсутствии электрического сигнала. При вновь появившемся электропитании, аккумуляторную батарею нужно снова зарядить.

Вид источника отбирается исходя из характера перебоев:

  1. Если частные перебои – наилучшим решением будет выбор интерактивного бесперебойного блока питания. Отличие заключается в быстром срабатывании, то есть молниеносном переключении в режим батареи. Выравнивание напряжения позволяет продлить срок службы батареи и добиться экономии финансовых средств.
  2. В случае редких перебоев – применим резервный источник энергии (оффлайновый). Один из самых дешевых видов источника БП. Один из его минусов, это возможное снижение ресурса батареи вследствие частых скачков электроэнергии;
  3. Онлайновые (Имеющие двойной преобразователь). Считаются наиболее эффективными устройствами бесперебойного питания. Чаще, такие ИБП применяются для специализированного оборудования (серверов).

Обязательным условием работы блока бесперебойного питания – заземление. Производители снимают с себя всякую ответственность за безопасность работы своих устройств, не имеющие заземления.

Как этим воспользоваться?

Самый простой вариант — купить на AliExpress или в другом онлайн-магазине готовую распределительную плату такого типа:

Или немного другую:

Обратите внимание, что на первой плате есть кнопка включения — будет неудобно, если убрать ее в корпус сервера. На второй плате установлен переключатель, который можно включить и больше не трогать. Цена вопроса — примерно €9.  

Если нам не нравятся готовые платы, можно сделать собственную. Для этого потребуется разъем питания производства Wingtat модели 2.54 EDGE SLOT DIP 180°  SINGLE LEAF TYPE WITHOUT EAR High Power S-64M-2.54-5 slots. Компания быстро реагирует на запросы и отправляет заказы на 50 разъемов примерно по $2 за штуку.

В рознице они есть на AliExpress. Если предполагается использовать блок питания все 1200 Вт, плату лучше заказывать  с медью повышенной толщины. Паять разъем на ней стоит феном и тонким припоем с флюсом: так получается быстрее всего, обычный паяльник подобные платы нормально не берет.

Мы используем платы примерно такого дизайна:

Схема доступна в нашем репозитории на GitHub. На разъеме J1 можно измерить напряжение и понять текущую нагрузку на блок питания — 60,15 мВ на каждый ампер мощности по шине 12 В. 

Готовый экземпляр:

Как это выглядит на сервере?

Мы часто используем универсальные корпуса Supermicro и во многих из них уже нет выбывших из строя или модернизированных под новые материнские платы оригинальных блоков питания. Искать родные БП нецелесообразно, поскольку они дорогие и такие же поношенные.

В этом случае родной блок питания пришел в негодность и был заменен на универсальный HP Common Slot мощностью 750 Вт. Лишнее мы обрезали и закрепили блок в корпусе на двухсторонний монтажный скотч. Для преобразования 12 В в необходимое для работы ATX24 напряжение используются родные PicoPSU или их китайские аналоги.

На фото сервер на Supermicro H11DSi с двумя процессорами AMD Epyc и потреблением около 400 Вт. С китайскими аналогами он категорически отказался работать, а родная PicoPSU не влезла по высоте и была включена через переходник. Питание процессоров включено напрямую, это ничему не мешает.

Вид сзади. Блок питания немного не влез по ширине, но на скорость и удобство эксплуатации это не влияет.

Линейно-интерактивные

Модель такого типа имеет функцию стабилизации напряжения. В случае отсутствия напряжения в сети, используя встроенные трансформаторы, система выравнивает питаемый сигнал, таким образом, аккумулятор напрасно не задействуется.

При отсутствии такой возможности, блок плавно переходит на работу от аккумулятора, ликвидируя скачки.

Данная модель применима в условиях частых и резких перепадов электроэнергии.

Мощность и автономное время работы

ИБПСуществуют различные по мощности типы устройств:

  1. Устройства большой мощности, более 5000 ВА. Такие мощности позволяют обеспечить безопасностью серверы и целую группу компьютеров;
  2. Элементы средней мощности, в пределах 1000 – 5000 ВА. Такого рода аппараты применимы для малых серверов и локальных сетей;
  3. Аппаратура малой мощности, менее 1000 ВА. Применяются в основном для домашнего использования.

Рекомендуется для более корректной работы ИБП, выбирать его мощность на 25-35% больше подключаемого к нему устройства. В случае модернизации своего компьютера, этот запас позволит не переплачивать за новый, более мощный ИБП. Мощность указывается на задней стенке блока питания.

Довольно частой причиной повреждения «бесперебойников» являются различные насекомые, которые любят находиться в теплых местах. В помещениях, где сконцентрировано большое количество компьютерных машин, должна проводиться регулярная дезинсекция.

Существуют различные диапазоны длительности работы источников БП. Они колеблются (2 – 15 минут):

  1. Для домашнего «бесперебойника» наилучшим будет источник, длительность работы которого около 10 минут;
  2. Для корпоративной работы выбираются ИБП по длительности в зависимости от объемов и мощностей используемых машин.

Множество электрических приборов способны выдержать перепады напряжения, длительностью порядка 100 мс. Многие ИБП переключаются за 6-11 мс. Чем меньше время переключения, тем лучше.

Следует не забывать при выборе бесперебойного источника о защите периферийных устройств (принтера, сканера и т.п.).

Надежность или удобство

Начнем с ответа на вопрос «зачем сколько БП, если можно просто хранить небольшой запас запчастей». Системы с резервированием в сервере всегда полезны, даже если не рассматривать отказоустойчивость. Например, они повышают удобство обслуживания и позволяют нам не ночевать в серверной при замене дисков или тех же блоков питания.

Например, второй блок питания поможет, если:

Два блока питания дают больше гибкости при проектировании серверной комнаты. Например, рабочая схема подключения у одного клиента: в серверной две фазы, подключены к разным блокам питания серверов. Одна фаза подключена к UPS, а вторая работает только через стабилизаторы. Но эта линия идет от генератора с автозапуском. При отключении электричества дизель стартует и серверы продолжают работать, даже если UPS разрядятся. Это всего лишь один из вариантов, подобранный с учетом пожеланий клиента и возможностей бюджета.

Итого, несколько БП нужны для удобства администратора, повышения надежности системы и обеспечения большей мощности.

Настройка и логика работы

Столь продвинутую подсистему питания можно настраивать под конкретные потребности. При использования сервера с двумя блоками питания доступно несколько режимов работы:

Очень напоминает RAID – его отказоустойчивый уровень 1 и производительный 0.

Большинство производителей позволяют администратору выбрать необходимый режим. Например, в таком сервере HP настройка через BIOS выглядит следующим образом:

Изображение немного устарело, так как в новых системах используется настройка через iLO, но для понимания сути ее достаточно.

Посмотрим на выдаваемую мощность пары блоков питания HP DL360 при разных режимах настройки и небольшой нагрузке. Для этого используем консольную утилиту hpasmcli.

Не обманул производитель, блоки питания выдают примерно одинаковую мощность.

И правда, при использовании режима распределения нагрузки блоки нагружены примерно одинаково. Но при включении отказоустойчивости используется только один блок питания, а второй переводится в Standby и расходует минимум энергии.

Своеобразный «спящий режим» нужен для того, чтобы избежать холодного старта при подключении резервного БП, сэкономить время и минимизировать риски выхода блока питания из строя в процессе его активизации. Как и в случае с бытовыми лампочками, при любом холодном включении образуются пиковые нагрузки на элементную базу электроцепи, что может привести к ее порче.

Настройка режимов работы у каждого производителя выполняется по-своему. Например, у Lenovo (IBM) в системах с двумя блоками питания настройка через GUI выглядит следующим образом:

На выбор предлагаются три режима работы:

Generic-серверы, вроде Intel и Supermicro, не всегда хорошо документированы и открытой информации о настройках режимов работы БП не оказалось. Пришлось обратиться к нашим инженерам и форумам. Оказалось, что подобные системы обычно работают они в режиме балансировки нагрузки.

Если вы плотно работали с подобными платформами и владеете другой информацией – поделитесь в комментариях, пожалуйста.

Еще интереснее обстоят дела с системами из трех и более БП.

Обзор моделей для компьютера на рынке

Стоимость – 2590 руб.

Характеристики:

  • тип модели – (резервный);
  • рабочая мощность – 165 Вт / 300 ВА;
  • напр. входа – 165-275 В;
  • частота входа – 45-65 Гц;
  • напр. батареи – 220 В ± 5%;
  • частота выхода– 50 Гц ± 0,5%;
  • длительность переключения в режим батареи – 4 мс;
  • встроена протекция от короткого замыкания;
  • встроена протекция от перегрузки;
  • встроен фильтр электромагнитных и радиопомех;
  • уровень шума – 40 дБ;
  • напр. батарейки – 6В;
  • время до полного зарядки – 6 ч;
  • габариты – 100х35х68 мм;
  • расцветка – черный;

Стоимость – 3100 руб.

Характеристики:

  • тип модели – линейно-интерактивный;
  • рабочая мощность – 360 Вт / 600 ВА;
  • напр. входа – 160-275 В;
  • частота входа – 50-60 Гц;
  • напр. батареи – 220 В ± 10%;
  • частота выхода – 50 Гц ± 0,5%;
  • длительность переключения в режим батареи – 4 мс;
  • встроенный автоматический регулятор напр.;
  • встроена протекция от короткого замыкания;
  • встроена протекция от перегрузки;
  • встроена протекция от глубокого разряда батареи;
  • уровень шума – 40 дБ;
  • напр. батарейки – 12 В;
  • время до полного зарядки – 4ч;
  • габариты – 100x278x140 мм;
  • расцветка – черный;

Стоимость – 28710 руб.

Характеристики:

  • тип модели – (с двойным преобразователем);
  • рабочая мощность – 900 Вт / 1000 ВА;
  • напр. входа – 184-265В;
  • частота входа– 45-65 Гц;
  • напр. Выхода – 220 – 240 В;
  • частота выхода – 50 – 60 Гц;
  • встроенный стабилизатор выходного напр.;
  • встроена протекция от короткого замыкания;
  • встроена протекция от перегрузки;
  • напр. батарейки – 12 В;
  • время до полного зарядки – 4 ч;
  • габариты – 428х425х84 мм;
  • расцветка – черный;

Один на 800 или два по 400

Опыт инженеров Сервер Молл показывает, что блоки питания на втором месте по выходу из строя, после жестких дисков. По крайней мере, в ходе восстановления серверов эти компоненты часто меняются из-за применения в их конструкции электролитических конденсаторов.

Если к сбоям дисковой подсистемы мы привыкли и держим запасной диск наготове, то замена для системы питания встречается на полках ЗИП реже. Ситуацию в какой-то степени спасает гарантия и возможность получить замену отказавшего БП через пару дней с курьером, но Закон Мерфи со счетов сбрасывать не стоит. В моей практике был случай, когда во время ожидания замены отказавшего БП вышел из строя оставшийся. Хорошо, что на сервере ничего жизненно-важного не было.

Если оставить в стороне надежность, то остается вопрос с мощностью. Как правило, лучше взять сразу два блока питания, каждый с достаточным запасом выходной мощности. Но если бюджет таких вольностей не позволяет, то придется взвешивать потребности более детально и учитывать проседания мощности источников питания. Обратимся к руководству от HP, в котором представлен график КПД системы питания в разных конфигурациях:

В случае низкой нагрузки машины КПД одного блока питания выше, но картина меняется, если у нас высоконагруженный сервер.

Что же будет, если один из блоков питания выйдет из строя, а мощности оставшегося не хватит?

У многих вендоров предусмотрен механизм снижения энергопотребления на случай сбоя – PowerSafe Guard у Fujitsu, Throttling у Lenovo. Использование подобных механизмов не всегда спасает ситуацию, да и существенное падение производительности порой хуже простоя.

Есть еще один нюанс: возрастает нагрузка на второй блок питания, что повышает вероятность его выхода из строя. Лучше исходить из того, что один блок питания из пары должен обеспечивать сервер целиком, хотя бы при штатных нагрузках. Разница в стоимости блоков питания разной мощности не так уж велика, поэтому стоит выбирать более производительные модели. Например, вот цены на варианты от Supermicro:

Цены взяты с Яндекс маркета, так что в реальности они могут быть даже ниже. Экономия 4 000 ₽ в ущерб отказоустойчивости выглядит так себе даже для небольшого сервера.

Резервные

Источник бесперебойного питания заряжается в момент работы от сети переменного тока 220 В. В случае пропадания в сети электроэнергии, переключается на работу от аккумулятора. Среднее время работы таких моделей порядка 10-15 минут.

Модели, основанные на таком принципе действия идеальны для домашних условий. Они имеют простую схему работы и низкую стоимость. При возобновлении в сети электрической энергии – снова переключается на заряд аккумулятора.

В момент пропадания сети, происходит небольшой перепад напряжения, который благодаря ИБП никак не отражается на работе всех, подключенных к нему устройств.

При постоянных скачках напряжения, желательно приобрести «бесперебойник» со встроенным стабилизатором напряжения.

Схема ибп с двойным преобразователем

Частота на выходе зачастую равна частоте электрической цепи.

В данном типе ИБП, инвертор работает постоянно, не взирая на наличие напряжения в сети. При исчезновении напряжения в сети, переключается инвертор в режим работы от аккумулятора.

Переключение происходит гораздо быстрее, нежели в предыдущих моделях. Такой источник имеет (обходную линию), позволяющую запитывать напрямую нагрузку от сети. Данная схема позволяет не прерывать подачу напряжения на нагрузку, при поломке инвертора.

Теория «на коленке»

Простейший вариант систем с двумя блоками питания выглядит как запитывание отдельных комплектующих компьютера от разных блоков, при этом один из них управляющий и питает материнскую плату. Подобные решения практикуют геймеры и майнеры, потому что для установки трех и более видеокарт одного источника питания не хватит. Для подключения используют такие адаптеры:

При нажатии на Power замыкаются зеленый сигнальный провод с «землей», давая команду на запуск обоим блокам питания.

Помню, когда-то давно был у меня компьютер уровня Pentium III с набором SCSI дисков. Штатного блока питания перестало хватать, и я подключил старый АТ-блок отдельно для жестких дисков. Запуск чудо-машины происходил так: нажимаем на кнопку дополнительного питания и ждем жужжания дисков, затем включаем основной БП и начинается загрузка.

Даже в эпоху всепроникающего Китая для «самоделкиных» существует множество схем подключения двух блоков питания своими руками, чтобы получилась похожая конфигурация:

Но вернемся к промышленным серверным решениям.

Устройство питания по своей логике довольно простое. Блоки подключаются к специальной корзине Power Distribution Backplane, где также присутствует микроконтроллер Power Distribution Unit (не путайте с распределителем питания для серверной стойки). Контроллер отвечает за схему использования доступных БП: одновременно или в режиме primary-backup.

Три, четыре – кто больше?

Как и в аналогии с RAID, большее число узлов открывает более изощренные схемы использования. Например, у сервера Supermicro с тремя блоками штатно используется режим работы 2 1, то есть работают одновременно два, а третий в резерве.

В случае с четырьмя БП в Lenovo можно настроить использование блоков питания более гибко. Интерфейс даже считает показатели мощности самостоятельно:

С точки зрения баланса производительности и надежности, подобные конфигурации из 4 БП оправданы только при использовании «прожорливых» комплектующих. В остальных случаях запас по мощности будет избыточным, а удобство и запас надежности обеспечивают 2 блока питания с разными подводами электричества.

На мой взгляд, в таких платформах интереснее вместо третьего и четвертого БП поставить резервные батареи (примеры для Supermicro и HP). Они подстрахуют от проблем с UPS и минут на 5 повысят время работы без электричества в сети.

Устройство

ИБПАккумулятор (12 / 24 В) в случае последовательного подключения батарей, образует переменное напряж. 220 В при помощи инвертора. В случае пропадания сети, на блоке ИБП включается звуковая сигнализация.

Время в течении которого нужно завершить все открытые документы, программы, приложения, колеблется в интервале 10-15 минут.

Схема пассивного (резервного) ИБП содержит:

  1. Фильтр, который защищает всю схему устройства от выбросов напряжения, часто встречающееся в электрической цепи.
  2. Выпрямитель, через который проходит переменное напряжение – позволяет заряжать батарею.
  3. Инвертор, преобразует постоянное напряжение в переменное.
  4. Ключ, предназначенный для обеспечения поступления переменного напряжения на нагрузку.

Схема линейно-интерактивного «бесперебойника» схожа с пассивным, единое отличие – это наличие автотрансформатора, содержащий изолированные обмотки с отводами.

Инвертор генерирует сигнал на выходе в виде синусоиды, либо прямоугольных импульсов.

Это действительно работает?

На видео мы запустим Linpack на сервере с обеими подключенными блоками питания и будем под нагрузкой отключать их от сети по очереди, включая обратно через некоторое время. Мы убедимся, что напряжение остается в норме и сервер не перезагружается под стресс-тестом. Нагрузка по данным сервера — около 400 Вт под стресс-тестом на процессорах, значит из сети уходит около 500Вт.

Ссылка на видео на всякий случай.

Как видите, схема рабочая: кабели и разъемы не греются, все функционирует в штатном режиме и без родных для сервера блоков питания. Поскольку HP Common Slot предназначены для работы парами, в них есть вся защита и блокировки.

Итоги

Если в вашем хозяйстве образовались пустые серверные корпуса, не торопитесь их выбрасывать: старое железо несложно привести в порядок. Описанное в статье решение позволит оперативно и без существенных затрат организовать сборку с гарантированным или резервированным питанием.

***

На HP Common Slot в HOSTKEY работают выделенные серверы с GPU, модульные системы с платами ITX, а также обычные универсальные серверы. Подобный подход позволяет совместить надежность эксплуатации, простоту сборки и обслуживания, и, конечно, главную цель — низкие цены для наших клиентов.

А для читателей «Хабра» к тому же действует дополнительная скидка: при размещении заказа назовите консультанту специальный пароль «Я С ХАБРА» — и дисконт ваш.

Оцените статью
OverComp.ru