数据中心对电源的要求探析
出处:电子产品世界 发布于:2016-04-12 11:33:42
数据中心的耗电量占耗电量的1.5%左右,而且还在攀升。对数据中心的供电优化,降低PUE将有助于减少炭排放,减缓温度升高。
从下图我们可以看到google数据中心PUE的提升历程,目前已经可以做到1.1以内,而同期国内的PUE平均在2.2左右,有巨大差异。
从2010年开始google就开始研发48V机架式电源分配系统并在其后几年大规模投入使用。这也为PUE的持续降低做出了贡献。
48V电源分配系统在CT设备中已经广泛使用了几十年,而在IT设备中一直采用的是12V。根据公式P=UI和Q=I^2R,我们知道更高的电压意味着更低的电流,更低的线路损耗。如果传输相同的功率,那么线路上的损耗相差为16倍。对于上千安培的母线电流来说,细微的阻抗也会导致很大的功率损耗。随着数据中心数据吞吐量运算量的不断提升,机架的功率持续上升。近VR(虚拟现实技术)红遍,虚拟现实技术会带来海量的图形计算,将会有更多的大功率GPU使用在机房中,带来海量的数据传输,导致ICT设备的单机功耗增加,势必会进一步推高数据中心对电能的需求。根据google公布的数据,采用了 48 V电源分配器的新机架设计,相比传统的12V方案,电力的损耗降低了 30%。
怀格(Vicor)上海有限公司商务拓展经理陈历忠
国内的BAT三大巨头也在积极推动技术的发展,从天蝎1.0到发布的天蝎2.5无不体现出对效率性能的提升优化。我们在天蝎2.5版本中看到了48V的身影。在这个版本中,12V仍然作为工作母线,48V在机架中作为市电直供的电池备份系统。近期和业内资深交流得知,天蝎2.5只是作为一个过渡的版本,将于明年颁布的天蝎3.0版本将把48V作为母线电压,直接为机架供电。为未来的发展预留了良好的发展空间。
在此,我们可以坚定地说,数据中心的电源系统将由12V转到48V。
在采用48V机架配电系统后,48V电源将直接供给服务器和通讯设备主板。从48V到负载点有以下两种方式:
如果通过采用48V-12V-POL的供电方式,虽然这样可以沿用成熟的12V板载电源方案,但是经过两级转换,牺牲了效率,那么采用48V提升系统效率的初衷将不能实现,对长时间运营的数据中心来说,效率的提升能有效减少运营费用。采用48V直接到负载点的方式将是提升效率的关键所在。
Vicor的48V直接到低压大电流负载点的方案已经在google的数据中心大量使用,为其30%的效率提升作出了杰出贡献。
Vicor的48V架构称为FPA,包括两个部分构成。前端为采用深降压拓扑结构的预稳压模块(PRM),后端为采用正弦幅值变换器(SAC)的电压变压模块(VTM)。
PRM输出一个母线电压,40V左右,VTM为理想直流变压器,以固定变压因子输出一个低压大电流的功率(61mmX23mm的面积里面可以输出高达180A的电流)。比如,输入端为48V,要求1.8V 100A输出,那么可以采用24:1的VTM,此时PRM的输出电压将为1.8*24=43.2V。 采用不同变压因子的VTM,调整PRM的输出,可以非常高效地实现48V到POL的供电。上图中的 53.5V转1.8V 的VR13.0方案可以实现94%的峰值效率。
在服务器或者交换路由器中, CPU,memory,ACIS, FPGA这类低电压大电流芯片为耗电大户。高效地解决这些负载点是实现系统整体性能的关键。
下面的电源路径为采用Vicor 的VR13.0V主板整体电源方案。深蓝色的部分为Vicor的48V高效转换器。
数据中心的电源架构变化必将影响电源公司的产品策略,48V直接到负载点的应用生态将日益完善,而Vicor凭借其的天独厚的效率和密度优势,占得了先机。
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