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高压直流和UPS的恩怨史，谁将会笑到最后？

　　高压直流和UPS在IDC行业已经争论了很些年。每个阵营都有不少支持者和反对者。笔者最近去上海参加了Huawei Connect，和业界同行做了一些交流，决定写一篇文章谈一下这个问题。这篇文章不是为了酸某一方，或吹捧，更多阐述一下思考的技术和商业角度，行业产生不同观点看法很正常，交给时间印证。

　　之前朋友说我写的一些文章有时候观点不够鲜明，关于高压直流和UPS一方。笔者年初一篇文章也提及过，只是没有展开阐述具体论点，可以看看下面链接笔者之前发过的文章。

　　IDC技术发展预测——2019~2022年

　　笔者再补充一个观点，高压直流会成为 UPS体系一个分支作为补充，市场依然有，但壮大可能性小，市场机会在于存量博弈和目标客户的自然增量，发展速度会慢于交流UPS， 最终走向边缘化三大主要因素：

　　交流UPS不断技术以及成本变革超越高压直流，演变结果——大容量模块化UPS

　　IT技术发展配套电源形态变化，演变结果——服务器强耦合12V/48V电源架构

　　业务发展要求使用交流UPS

　　现在高压直流的采购主要靠BAT三大互联网用户背后做推手，硬靠几大用户的规模撑起一片天。高压直流经过这么些年发展，可惜并没形成行业用户的主流技术形态。高压直流也因此贴上 BAT数据中心的技术标签，这其实对产业链发展并不好，变成利基市场 。一旦这几大用户出现技术路线变更，这个利基市场就变得危险。笔者看到的情况是，本来想进入高压直流市场的厂商，选择退出，理由很简单，客户就这么几个，作为新玩家多半靠价格，没其他供应链拉通和成本分摊，游戏无法持续。现有玩家，价格战也应付得疲于奔命，利润不多影响长久的研发投入。互联网公司的大型项目，基本都是今天的最低价就是明天的入围价。行业除了几个用户使用，没其他客户产生足够利润，难以维持。所以这些年看到好几个高压直流厂商都停止研发新产品技术，这也给了UPS厂商迎头赶上的机会。

　　笔者会从下面几个角度对展开阐述

　　1. 技术逻辑和优劣比较

　　2. 优劣背后的条件和原因

　　3. 现有产业链生态的影响

　　废话不多说，直接上干货。

　　(一)技术逻辑和优劣

　　高压直流产生大致源于2011年，下面链接就是IDC圈2011年底的一篇文章介绍高压直流，印象中当时是电信IDC的技术率先试用和主导，之后被引入到BAT等互联网公司进行试点再到规模使用。

　　当时年代的技术背景，UPS市场还是工频机和高频机打得大热，互联网公司才开始在数据中心市场崭露头角。笔者还记得10年前，大家讨论两大UPS话题，工频机的话，5/7次LC滤波器+6脉冲 PK 11次LC滤波器+12脉冲。大容量单机高频机才发布不久，价格不能杀太狠把自家工频机市场逼绝路，同时高频机和工频机的对决，也催生了各种白皮书和技术文章，最经典莫过于说工频机隔离变压器是否有隔离作用，是否更安全。还有当年IBM机器引发所谓零地电压1V的问题，总之高频机和工频机争吵不可开交，为了能够满足企业招标流程，很多时候客户只能拉齐到工频机。而典型工频机的效率就是93%满载，而低负载率时候，效率非常难看，放在现阶段对比新型模块化UPS，这些老古董就像拿着手提收音机和iPod的差别。当时模块化UPS，就是一个异类产品，容量做不大，有大容量产品的厂商定价也很高。那些带电热插拔功率模块，USB固件升级，效率96%，输出功率因数1.0，摆在当时来说都是超前的设计。这些差异化让招投标上面非常有利spec in，但另外一方面，手握工频UPS和高频UPS，模块化UPS多张牌的厂商，也不愿意在技术和市场策略上All in某种技术。

　　这就是当时技术和市场发展的背景。理解了这个背景，就容易明白当年高压直流产生的比较对象和条件。高压直流具体技术笔者不会介绍，网上很多文章介绍。当时高压直流横空出世，主打几个优势

　　1. 输入功率因数高，输入谐波低，方案成本比UPS低，特别当时工频UPS+无源滤波器，最好配有源滤波器;

　　2. 模块化设计，内置冗余，模块可以热插拔维护，不像工频机和高频机的塔机，故障需要打电话找厂商售后服务，修复时间长。高频UPS单机并非模块化设计，而模块化UPS的价格较高。

　　3. 直流电源系统参考48V通信电源设计，更加简单可靠

　　4. 效率95%左右，继承通信电源很多技术体系，包括模块休眠技术;效率曲线在不同负载率下比工频UPS有绝对优势，比高频UPS也有1~1.5%效率领先;如果配合一路市电和一路高压直流设计，系统效率固然更高。

　　简而言之，技术性能比当期先进的模块化UPS略低，做一路市电一路高压直流一马平川，价格感人。

　　其他说到的优势，例如电池直挂母线更加可靠。当时主要论点是，电源故障下，电池直挂负载放电，更高可靠。笔者对此持有不同意见。

　　1. 如果真是发生直流电源整体不可用，电池放电也就是15-30分钟满载容量，然后电池放电完毕，该掉电仍然躲不开。对比UPS和高压直流都同时发生系统故障需要整体更换，由于UPS存在静态旁路和外置旁路，输入和输出都是交流，可以切换到外置旁路，可以结合市电或发电机继续向负载供电。相反高压直流由于输入交流输出直流原因，无法通过旁路做故障隔离。

　　2. 高压直流的电池直挂输出母线，对比UPS的电池需要经过双向DC/DC变流器+逆变器，电路拓扑上当然高压直流简单，但是否更可靠则很难说清楚。逆变器和充放电器故障概率有多高导致不能放电，缺乏厂家数据支撑，但市面上出现UPS故障不能放电的案例据了解概率很低。即使高压直流，笔者也碰到过华南一个IDC无法放电的情况，当然这是个例，主要是电池问题，但这也反映了一个现象，UPS有能力通过充放电器DC/DC做到更好电池管理避免这种情况，而高压直流目前设计并不能很好支持。

　　(二)优劣背后的条件和原因

　　这个章节对上面章节进行一对一分拆和思考。

　　1. 论点一——输入入功率因数高，输入谐波低，方案成本比UPS低，特别当时工频UPS+无源滤波器，最好配有源滤波器。

　　对比的条件是当年工频机架构有优势，而高频机输入特性和高压直流类似，因为都有PFC电路。而成本方面，现在高频UPS价格和高压直流差不多，规模采购时候价格还可以更优。如果采用大型模块化UPS设计，结合更简洁供配电架构设计，可以比高压直流系统成本更低 。高压直流成本劣势在于单机容量受制于240V母线电流容量做不大，目前主流用800A~1200A，1600A的高压直流普及率仍然低。即使1600A，对应也就是400~500kVA的UPS。如果高压直流配输入ATS，价格也更高。

　　2. 论点二——模块化设计，内置冗余，模块可以热插拔维护，不像工频机和高频机的塔机，故障需要打电话找厂商售后服务，修复时间长。

　　现在模块化UPS同样可以实现这些功能。 有些厂商的模块化方式略有不同，虽然不能做到热插拔，但模块故障不影响整机运行是没问题的。模块出了问题，内部也有负荷开关或fuse进行隔离维护。

　　3. 论点三——直流电源系统参考48V通信电源设计，更加简单可靠。

　　简单即可靠，这个论据本身就不是非黑即白，双方都可以举出很多例子证明各自立场观点，高压直流基本结构是PFC升压后，再DC/DC到240~270V。UPS是PFC后到逆变器，这部分和高压直流类似。不同点在电池通过DC/DC双向变流器挂在直流母线上， UPS结构上还有静态旁路和手动旁路，可以在线切换和隔离，电池放电结束如果旁路有电，也可以切换到静态旁路，而高压直流并不具备这个功能。

　　再举例子，电池直挂输出母线，比电池带充放电DC/DC再到母线，还有电池内部含BMS电池管理，高压直流电池肯定更简单，但是否更可靠?后者多了管理的设计，某种层面只会做更加可靠，否则花这个钱就没价值了。华为今年发布了SmartLi的锂电池方案，笔者在上海华为Connect现场看到也做了一些交流，大致上从传统锂电池管理升级成3层电池管理架构。即电池包内部BMS，然后每组电池有独立的DC/DC充电模块集成在电池柜内，形成第二层BMS管理，也实现每组独立充放电策略，包括新旧电池混用，最后还有UPS内部的DC/DC充电器，这三层互相通信，利用之前测试大数据固化成的策略做控制管理，控制环流。从这个案例看，做了智能管理的锂电池肯定更加复杂，但这个设计出发点其实是让电池系统寿命和可靠性更高，所以并非一定简单即可靠。

　　生活上也有很多例子，10年前功能手机比现在智能手机简单得多，是否更可靠?或者间谍角度傻瓜机可靠，这种被动式可靠和智能手机更加高级的安全设定主动防御对比，谁更可靠?看看市场普及智能手机的结果，现实角度，说那么多理论对比也没啥卵用，用户用脚投票，就是在应用层面，哪个厂商产品简单好用，少出事就可以了，出了事厂家也有足够人力和资源及时解决。 又不是技术极客和研发，哪来功夫研究设备内部复杂度做硬核对比，即使对比了，又能如何 ?

　　要玩硬核，也可以有，不喜欢理论的可以跳过这部分。理论计算用业界公认的可用性模型MTTR和MTBF去建模，但都是制造商数据，难免不够中立。撇开计算过程，同样N+X配置的高压直流 PK 模块化UPS。运行模式对比如下

　　运行模式高压直流UPS

　　N+X模块正常可用性为A1可用性为A2

　　N模块正常，1~X模块故障可用性为B1可用性为B2

　　输入故障，电池放电电池可用性为C1电池可用性C1*UPS逆变和充放电部分可用性C2

　　自动/手动切换旁路无可用性为D2，需要切换到静态旁路或手动旁路，例如固件升级或整机故障

　　MTBF硬核PK的结果，就是个各种运行模式的可靠性相加之和做对比。假设高压直流和UPS模块可靠性一样，即A1=A2,B1=B2，那么差异存在于电池放电和切换旁路模式对比。数据理论计算难以形成感性认识，从运营角度，UPS可以在线隔离，离线电池测试也容易实现，反观高压直流电池测试一般靠调低输出电压让电池带真实负载放电，要么每组电池单独隔离做离线测试，相比之下显得繁琐。

　　总而言之，简单即可靠，这句话更多是市场营销心理套路，也就是人们既喜欢简单的事物，也喜欢可靠的事物，但简单不一定推导出可靠 ，反之亦然。

　　4. 论点四——效率95%左右，继承通信电源很多技术体系，包括模块休眠技术;效率曲线在不同负载率下比UPS有优势;如果配合一路市电和一路高压直流设计，系统效率会更高。

　　放在当年老迈的工频机技术，还有当年第一代大容量高频单机UPS，这个并没有问题。现在看来，新型UPS都能实现这些，主流厂商的UPS都可达96%效率以上，笔者看过TUV，UL以及泰尔认证报告，效率值都比主流高压直流厂商产品略高。而一路市电一路高压直流设计，论可用性，未必有N+1的UPS做分布式冗余高，或者没有BR/Catcher设计高，特别在运营上。美国很早就大规模设计N+1的UPS架构，整体成本得到很大优化。反观高压直流，如果做N+1设计，因为直流输出，直流母线侧难以实现BR/Catcher架构，而分布式冗余，由于高压直流容量受限，做起来比大容量UPS麻烦得多，特别是高密度机架 。

　　另外，针对系统效率，UPS还有ECO模式，改进型的ECO还带有有源滤波功能，例如施耐德的E变换。如果合理开发使用ECO模式，系统效率只会比一路市电一路高压直流高。除了改进型ECO，还有使用UPS作为储能的套路，虽然这个还处于应用的探索期，但UPS似乎想改变行业定位，不甘于只做IDC市场，要进入储能市场。

　　当年一些高压直流的优势，近几年已经被UPS的发展技术追上。所以我们不妨思考一个问题，如果模块化UPS的成本，效率，可靠性持续得到优化并被市场认可，高压直流的市场又剩下多少？

　　说一些高压直流的劣势

　　以铅酸电池设计为主，直流母线低压较低，较难匹配主流锂电池电压，锂电池很可能需要定制。

　　占地容量较大，高压直流的微模块，1个输入配电柜+1个整流柜+2个铅酸电池柜，即使配电柜侧放也要2.1m，如果改横放，要2.4m，提供容量一般不超过150kW。支撑1200kW就需要8套，也就是8*2.1~2.4m。对比1200kW的模块化UPS+锂电池方案，例如笔者在华为Connect看到的Fusion Power 1200 配套SmartLi锂电池，横向占地大概7-8m，占地减半。

　　(三)现有产业链生态的影响

　　对生态链，电源的定位就是给ICT产品做配套 。在此，笔者要强调一个原则，不要因为解决局部问题而对全局产生重大影响 。高压直流是需要ICT设备的电源模块PSU去适配的，在全局里面看就是一个局部问题。技术的标准影响了庞大的产业链，想象一下，如果服务器不兼容高压直流，使用了高压直流的数据中心用户，总不能和IT部门说，你们必须买支持高压直流的设备，否则我们不上电，不能用?!这种话在业务部门面前基本要被拉去咔嚓……当年BAT为了推广高压直流，利用自己服务器强大的采购规模，硬生生要求服务器厂家的电源必须适配高压直流。万幸的是，服务器电源厂家也不是五花八门，经过不断配合，BAT最起码做到自家服务器层面的电源支持高压直流 ，但并非市场所有都支持，特别外资服务器公司还有网络设备公司。服务器和网络设备厂商，心态很简单，用户买我设备，量足够大，更改成本和收益还是能够算回来，就愿意改，收益不大而且投入成本高，就宁可放弃。所以对于普通用户以及风险敏感型金融用户，笔者一直建议就是从众心理，到时候市场主流是什么，顺势而为，供应链成熟，成本透明，再买就是了。让这种局部问题影响全局的早期游戏交给大用户就行，做个吃瓜群众不也挺好?大用户作为大树撑起狂风暴雨，下面小草雨露均沾，多么和谐社会。

　　笔者在国外也经历了一些类似案例。某厂家推荐所谓CPS架构，实际就是去掉低压ATS，改成直流电源+UPS混合架构。字面理解这个有点难，大家可以上网搜索CPS数据中心系统做了解。当时厂商和老外顾问认为ATS不可靠，非要用这种另类的架构。这典型就是为了解决局部问题而对全局产生重大影响。顾问和厂商宣称这个架构的论据就是ATS不可靠，要用电源架构组合来解决。是不是要来一个黑人的问号脸?Are you serious?

　　那是不是大量海内外现存的数据中心ATS都被技术鄙视?!这技术逻辑也是神了。碰上笔者这种耿直Boy也算厂商销售和无赖顾问的运气。那时笔者找了ATS的可用性数据和直流电源比较，前者可用性数据更好，老外瞬间被吊打……即使ATS真有问题，需要动用ATS的概率有多少，一个ATS故障也不会影响整个系统。为了去掉ATS把系统改得非常奇怪，发电机模式下效率还更低，收益和投入值得?面对这类技术问题，空谈误国，还是实干兴邦更合适。后来笔者找来几个厂商用ATS的架构投标来PK所谓CPS架构，结果下来CPS架构厂家惨败。到下一次项目的时候，CPS厂商销售突然画风变了，说其实我们架构也可以改ATS架构……这些厂商嘴脸也变化得够快，秀肌肉不成还不是最后被市场教做人，忽悠小白可以风光一时。这类技术架构问题，除非有极大创新和利益空间推动产业链进步，大家愿意陪着玩，背后就是利益足够大撬动产业链整体发展，这样才能教育市场谁才是牛X，否则要么耍流氓骗小白，最终逃不过被市场教育。

　　当年高压直流主流厂家，幸亏台达还有早年雅达(艾默生)也是服务器PSU主要供应商，不然这个供应链匹配进程会艰辛更多。即使BAT，面对不能兼容高压直流的设备，也要进行设计的异构，也就是配置交流UPS。除了国内BAT，国外Facebook，谷歌的Spec里面，也规定网络设备是UPS，通常还是2N配置。

　　讲到这，回过头看，花了这几年功夫去影响产业链，高压直流对比模块化UPS在成本和技术上一旦不占优了，那当年折腾的价值在哪，搞其他事会不会收益更高呢?即使高压直流目前仍然有优势，这个收益有多大，和投入的资源相比是否值得?换个说法，如果当年真的是那么有技术和成本优势，按道理应该成为一个普遍市场趋势，受到市场用户广泛认可，但为何目前仍然靠BAT在支撑，其他互联网公司为什么不考虑呢?如果高压直流众望所归，应该不少厂家涌进来，每年来总有新品发布了。产业链上下技术方案选择都是利益驱动，有技术的理想主义很好，在技术路线上要多考虑商业化和生态链问题。笔者提到变革驱动因素最后一点，就是业务的需求。BAT用户都有在云计算上发力，而国内私有云的发展和市场机会很大。私有云或者混合云的客户，多数不接受高压直流设计，特别一路市电一路高压直流。 如果BAT大举进入私有云市场，现有高压直流技术架构面临业务部门挑战。现阶段看，高压直流要成为国内普遍技术架构的时间窗越来越小，机会也越小。

　　说回另外一个问题，笔者看到数据中心对计算资源的服务要求更高，让数据产生更多价值是所有公司追逐的方向。这次在上海看到华为Connect发布的Atlas AI平台，单机架功率高达50kW，使用全液冷方案。后续高密机架可能做成分布式12V/48V电源并且带BBU，类似OCP和天蝎架构，重构服务器的电源和制冷方式，谷歌的AI服务器就是类似设计。AI服务看样子会在后面几年大展拳脚，看看英伟达的GPU业绩，各大公司在AI上面追逐的情况，笔者闻到变革的气息。相信高密度会成为一个态势，高压直流容量受限面对高密度机架会受挑战。与此同时，液冷对传统制冷系统也形成挑战，现在大红大紫宣传的间接蒸发，也许没几年就明日黄花。

　　有变化，就有机会，小日子还能折腾下几年，Game On!Are you ready?

原创： 莱奥Leo 大话IDC