香港服务器电源与功耗估算：高密 NVMe、顶配 CPU 的 N+1/N+N 冗余电源选配、实测方法与现场排故全流程

_ 2025-09-30 09:13
返回列表
香港服务器电源与功耗估算：高密 NVMe、顶配 CPU 的 N+1/N+N 冗余电源选配、实测方法与现场排故全流程
技术教程 2025-09-30 09:13 210

清晨 3:40，香港观塘机房热通道 38℃，我夹着记录板蹲在 18 号机柜前，监听 PDU 的断路器是不是还会“啵”一下跳闸。2U 机箱里 24 块 U.2 NVMe 正在跑 fio 压力，风扇转速拉满像一阵阵白噪。上一轮负载拉升时，A 路 PDU 的 10A 支路险些触顶。项目时间卡得死，业务上线窗口只有 6 小时，我必须在这一轮把功耗边界、冗余策略和 PSU（电源模块）的选型彻底敲定，不留悬念。

下面这篇，就是那晚的完整方法论与复盘：怎么估、电源怎么选、如何验证、遇到什么坑、我是怎么在热通道里把它们一个个填平的。

1）项目画像与约束

  • 应用负载：高并发 KV 存储 + 批量计算，读写尖峰明显
  • 机型：2U 24x NVMe（前面板 24 盘位，背部 2×PSU）
  • CPU：双路顶配（同级别旗舰，单颗 TDP 320–360W，短时 PL2 可到 1.3–1.5×TDP）
  • 内存：DDR5 RDIMM 16 条（后续扩到 24 条）
  • 网卡：双口 100G（支持 RoCEv2）
  • PDU：A/B 双路，230V，A 路 10A 分支，B 路 16A 分支
  • 机房：香港常见 230V/50Hz，上下送风，热通道约 35–40℃
  • 系统：CentOS 7（便于和现网一致，工具包成熟）

2）先算账：自顶向下的功耗预算（DC 侧）

要点：按“峰值+冗余”做预算，按“典型+95 分位”做验收。
名义 TDP 不是峰值，PL2/Boost、NVMe 写入尖峰、风扇拉满、VRM/背板损耗都要算进去。

2.1 组件级功耗估算（单台）

组件 规格/数量 典型功耗 (W) 峰值/预算 (W) 备注
CPU 2×旗舰（TDP 320–360） 2×300 2×450 = 900 PL2/Boost 1.3–1.5×TDP，按 450W/颗保守
内存 16×DDR5 RDIMM 16×5 ~120 满条 24 根时按 24×7=168W
NVMe 24×U.2 Gen4 24×12 ~24×22=528 顺序写+温度高时单盘 20–25W
网卡 2×100G 25 35–40 线速、PRBS 训练、RoCE 压力
主板/芯片组 — 50 80 含 BMC、背板控制
风扇/背板 高速 80×38 风扇组 60 100–120 热通道温度上来会拉满
PCIe 交换/转接 1–2 组 15 30 NVMe 背板/开关
其他 LED、USB、杂项 10 20 预留项
合计（DC） — ≈ 1,100 ≈ 1,765 W 以 16 DIMM 计；24 DIMM 则 ≈ 1,813 W

结论（DC）：这台机器峰值直流功耗约 1.75–1.85kW。

2.2 换算到 AC 侧 + 冗余余量

PSU 效率（80Plus 白金在 230V）：20%/50%/100% 负载效率约 92%/94%/91%；钛金可到 94%/96%/94%。

AC 侧输入功率 = DC / 效率。

以白金在满载附近按 0.94 估：1,765 / 0.94 ≈ 1,878W

瞬态/温升冗余：再乘 1.15（写入尖峰、风扇升速、NVMe 温度敏感）：

1,878 × 1.15 ≈ 2,160W

选择建议：N+1（1+1）冗余时，单颗 PSU 必须能独撑最大 AC 负载，因此建议 2,200W（钛金/白金）×2，C19/C20 供电接口，避免 C14 的 10A 天花板。

3）冗余策略：N+1 还是 N+N？

  • 1+1（N+1）：经济主流。要求任意一颗 PSU 能承载全负载；两路输入可接 A/B 两条 PDU。
  • 1+1（负载均衡）：两颗 PSU 固件/料号一致且启用“均流”，否则会出现一侧抢负载→单侧 PDU 先触顶。
  • N+N：双套独立供电链路（双电源框架、双整流），成本高，常用于极高 SLA 场景。
  • 功率密度高的 NVMe 机型：建议 1+1 钛金 2.2kW，或 1+1 钛金 2.6kW（计划上 24 DIMM、200G 网卡、再加 2×GPU/FPGA 时）。

3.1 选型公式（给出一个“能落地”的口径）

记：

PDC,peakP_{DC,peak}：直流侧峰值

η\eta：PSU 效率（取 0.94 或 0.96）

α\alpha：瞬态冗余系数（1.15 建议）

PAC,oneP_{AC,one}：单 PSU 需要承载的 AC 负载（N+1 时要能全扛）

PAC,one=PDC,peakη×αP_{AC,one} = \frac{P_{DC,peak}}{\eta} \times \alpha

  • 用上面的表：
    PAC,one≈1765/0.94×1.15≈2160WP_{AC,one} \approx 1765 / 0.94 \times 1.15 \approx \mathbf{2160W}
  • 因此**选 2200W（C19/C20）**正好卡在安全侧；考虑 24 DIMM 与 200G NIC，上 2600W 更稳。

4）配电侧：PDU、线缆与环境

  • 接口：>2kW 建议 C19/C20；C14 10A 在 230V 仅 ~2.3kW，几乎没冗余。
  • 分支容量：230V×10A=2.3kVA；考虑功率因数与瞬态，单分支最好只挂一台此类“高密 NVMe”机器。
  • 温度/降额：热通道 38–40℃ 时，PSU 内部温升+风扇策略会改变效率曲线，尽量让单 PSU 工作在 50–70% 负载带（效率高、噪声低、寿命长）。
  • 线缆：短、粗、压接到位；避免绕折堆叠在热通道里“晒”。
  • A/B 路均流校验：上电后观察 两颗 PSU 输出功率差是否<10%，偏差大要查固件/料号与均流线。

5）实测验证：用压力把“纸上功耗”拽到地上

我在 CentOS 7 上做了三组压测：CPU 峰值、NVMe 峰值、全链路混合；每组都记录 BMC 电源读数 + 节点内部传感。

5.1 工具准备（CentOS 7）

# 基础工具 yum install -y epel-release yum install -y ipmitool nvme-cli fio kernel-tools numactl jq # turbostat 在 kernel-tools 里 turbostat --version

5.2 采样脚本：电源/温度/频率一把梭

#!/bin/bash # power_probe.sh - 每秒采一次功耗/温度/频率，输出 JSONL # 用法：./power_probe.sh > power.jsonl host=$(hostname) while true; do ts=$(date +%s) # BMC/PSU 侧功耗（尽量用 DCMI；不同厂商可能差异） pwr=$(ipmitool dcmi power reading 2>/dev/null | \ awk '/Instantaneous power reading/ {print $4}' ) if [ -z "$pwr" ]; then pwr=$(ipmitool sdr type "Power Supply" 2>/dev/null | \ awk '{sum+=$NF} END {print sum}') fi # CPU 频率/占用（简化版） cpu_freq=$(turbostat --quiet --Summary --interval 1 2>/dev/null | \ awk '/Turbostat/ {next} /Avg_MHz/ {print $2; exit}') cpu_usage=$(top -b -n1 | awk -F',' '/Cpu\(s\)/{gsub("%",""); print 100-$4}') # NVMe 温度（统计均值） nvme_t=$(for d in /dev/nvme*n1; do nvme smart-log $d 2>/dev/null | \ awk '/^temperature/ {print $3}'; done | awk '{sum+=$1; n+=1} END{if(n>0) print sum/n; else print 0}') echo "{\"ts\":$ts,\"host\":\"$host\",\"pwr_w\":$pwr,\"cpu_mhz\":$cpu_freq,\"cpu_usage\":$cpu_usage,\"nvme_temp_c\":$nvme_t}" sleep 1 done

5.3 压力模型

CPU 峰值（含内存子系统）

stress-ng --cpu 128 --vm 32 --vm-bytes 80% -t 300s # 或：numactl -C 0-127 sha1sum /dev/zero # 简化占核

NVMe 峰值（注意别在生产盘上玩）

fio --name=nvme24 \ --ioengine=libaio --iodepth=128 --rw=write --bs=128k \ --numjobs=24 --runtime=300 --time_based \ --filename=/dev/nvme{0..23}n1 --direct=1 --group_reporting

全链路混合（CPU+NVMe+网络）

另一台流量发生器 iperf3 -s；本机：

iperf3 -c <peer_ip> -P 8 -t 300

同时跑上面 fio 与 stress-ng，观察 功耗峰值与稳态平台。

验收口径：取 95 分位功率做“稳态峰值”，再对比 单 PSU 额定功率是否>平台功率的 1.05–1.1×。

6）NVMe 的“看不见的手”：电源状态与温度的双变量

很多企业级 NVMe 支持 电源管理特性（Feature ID 0x02），可以限制到指定的 Power State：

# 查看控制器支持的电源状态 nvme id-ctrl /dev/nvme0 | sed -n '75,120p' # 设置到较低功耗级别（示例值，视盘而定） nvme set-feature /dev/nvme0 -f 2 -v 3

温度与功耗正相关：盘温越高，控制器越容易拉高电流保持性能。

前置风墙密封、风扇曲线放宽、热通道有序抽风，是 NVMe 群体功耗“上不封顶”的关键制动器。

队列深度与写入比例对功耗影响极大：评测时务必模拟真实业务的 QD/IO pattern，别只看顺序读。

7）CPU 的“屋顶”：PL1/PL2/cTDP 与 BIOS 电源帽

  • Intel：PL1（长期限制）、PL2（短期冲顶）与 tau（维持时间）共同定义了功耗曲线；可用 BIOS 电源 Cap 或 RAPL 做软帽。
  • AMD：cTDP、PPT、EDC/TDC 可设定平台功率上限；供应商 BIOS 一般提供 Platform Power Limit。
  • 落地建议：在 2.2kW PSU 方案下，将全平台功率帽收在 1.9kW AC 左右（给瞬态和环境留边）。

8）两种典型配置与选型建议

8.1 “满血”24 盘双路旗舰

项 数值
DC 峰值 ~1.75–1.85kW
AC 峰值（含 15% 冗余） ~2.16–2.2kW
PSU 方案 2×2200W 钛金，C19/C20，1+1 冗余
PDU 策略 A/B 双路，各自分支独挂本机
BIOS/平台电帽 1.9kW AC 附近，均流校验 <10% 偏差

8.2 “性价比”12 盘单路高频

项 数值
DC 峰值 ~650–800W
AC 峰值（含冗余） ~800–950W
PSU 方案 2×1200W 白金，1+1 冗余
建议 负载平台控制在 50–60%，效率最佳

9）我遇到的三个坑（也是多数人会踩的）

PSU 混插（料号/固件不同）导致“单侧抢负载”

  • 表现：A 路 PSU 1.95kW，B 路 0.3kW，A 路 PDU 先叫。
  • 处理：统一 PSU FRU/PN 与固件；开启/校验均流；对调线缆验证 PDU 支路是否松动/接触不良。

C14 线组侥幸过载

  • 24 盘写入峰值拉起后，线头发热、PDU 端温感报警。
  • 处理：全部切 C19/C20；线径升级；缩短线缆并理线，避免热通道堆叠“晒线”。

NVMe 温控没做好导致“功耗爬坡效应”

  • 开始 1.6kW，10 分钟后 1.85kW，最后撞到电帽。
  • 处理：补风挡、封堵孔位、风扇策略从“静音偏好”切到“热优先”，盘温均值从 67℃ 降到 55℃，功耗平台回落 8–10%。

10）上线前的“功耗一页纸”Checklist

组件功耗表更新到最新配置（DIMM/网卡/背板）

PSU 额定 ≥ 单 PSU 需要承载的 AC 峰值（按公式）

PSU 料号/固件一致，均流开启，偏差 <10%

C19/C20 接口与线缆，分支容量核对无误

PDU 侧 A/B 路电流实测均衡，支路不共用

BIOS 平台电帽生效，RAPL/cTDP 验证

NVMe 电源状态/风道已调优，盘温 <60℃

三套压力（CPU/NVMe/混合）95 分位功率记录、留档

&

上一篇： 香港服务器GPU轻度需求如何兼顾？CPU/内存/NVMe 与 x16 插槽的资源分配 下一篇： 香港服务器内存到底要多少才够用？——按并发与数据集反推容量与通道数的实战评测