隨著資本投資從數(shù)億美元到數(shù)十億美元不等，最先進(jìn)數(shù)據(jù)中心的所有者正在盡一切可能降低成本也就不足為奇了。由于運(yùn)行數(shù)據(jù)中心的能源占全球能耗的 3% 或更多，因此1最大限度地提高效率是當(dāng)務(wù)之急。綜合起來，這兩個(gè)因素推動(dòng)了兩個(gè)趨勢(shì)：數(shù)據(jù)中心設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變和對(duì)高效率的匹配推動(dòng)。在為計(jì)算設(shè)備供電時(shí)，這些趨勢(shì)匯聚在一起，推動(dòng)了 48V 電源的發(fā)展。

標(biāo)準(zhǔn)化的路由是由開放計(jì)算項(xiàng)目的（OCP的）打開機(jī)架倡議，它在2019年推出ORv3例舉2響應(yīng)于需求在兩個(gè)增加的功率密度的組件和系統(tǒng)級(jí)，最新的21英寸寬開機(jī)架設(shè)計(jì)支持 48V 供電方案，與流行的 12V 架構(gòu)相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括提高電源轉(zhuǎn)換效率，從而減少約 1.1% 的電費(fèi)（根據(jù)美國(guó)能源信息署的估計(jì)）、改進(jìn)的熱性能以及降低約 1.5% 的硬件成本。本文稍后將詳細(xì)討論 48V 架構(gòu)的效率優(yōu)勢(shì)。

硬件成本降低的部分原因是當(dāng)前行業(yè)從經(jīng)典電源模塊向電源架架構(gòu)轉(zhuǎn)變。電源架的機(jī)架安裝配置節(jié)省空間，占用 44U 機(jī)架的 1U 用于電源，1U 用于電池備份單元，因此每個(gè)機(jī)架最多可容納 42 個(gè)計(jì)算刀片。重要的是，鋰離子電池備份單元與機(jī)架上的其他組件的集成在粒度和消除長(zhǎng)距離電纜連接方面具有重大優(yōu)勢(shì)，可將鉛酸電池組分開放置。同樣的優(yōu)勢(shì)也適用于使用 19 英寸開放式機(jī)架的組織，這些機(jī)架的計(jì)算密度（以及由此而來的功率要求）與使用 OCP 設(shè)計(jì)的組織的計(jì)算密度相同。

節(jié)約能源的動(dòng)力

在美國(guó)，到 2022 年及以后，數(shù)據(jù)中心功耗預(yù)計(jì)將繼續(xù)以每年 4% 至 5% 的速度增長(zhǎng)。這遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)中心計(jì)算能力的增長(zhǎng)速度，并且證明了行業(yè)在提高電源效率的同時(shí)減少功耗的努力的有效性。雖然自 2010 年以來效率的提高對(duì)用電量產(chǎn)生了巨大影響（圖 1），但很明顯需要持續(xù)創(chuàng)新。

圖 1：數(shù)據(jù)中心能耗

未來幾年，計(jì)算架構(gòu)的幾個(gè)趨勢(shì)正在推動(dòng)數(shù)據(jù)中心對(duì)電力需求的增加。人工智能和云應(yīng)用正在推動(dòng)先進(jìn)硬件的采用，包括需要更高功率水平的微處理器、GPU、FPGA 和 ASIC。例如：

高級(jí)處理器，包括英特爾的“Sky Lake”和 AMD 的“Rome”，預(yù)計(jì)消耗 230 至 300 W，英特爾的“Ice Lake”預(yù)計(jì)消耗約 450 W。

Nvidia 當(dāng)前和即將推出的 GPU 預(yù)計(jì)將消耗約 600 W。

這相當(dāng)于顯著增加了每個(gè)機(jī)架所需的功率（圖 2）。

圖 2：每機(jī)架功率趨勢(shì)

每個(gè)機(jī)架的電源要求增加到 20–40 kW，這是轉(zhuǎn)向 48 V 電源架構(gòu)的主要原因。隨著輸出功率的增加，配電損耗以及輸出母線的尺寸都會(huì)增加?？紤]到這一點(diǎn)，必須考慮 12V 架構(gòu)與 48V 架構(gòu)相比的效率。

圖 3：12-V Titanium 和 48-V 設(shè)計(jì)效率比較

轉(zhuǎn)換效率只是確定數(shù)據(jù)中心用電量的等式中的一個(gè)要素。支持 48 V 而不是 12 V 的其他因素是相同功率水平的電流消耗減少了 4 倍，配電損耗降低了 16 倍。這等同于更好的熱性能，因此降低了冷卻要求，以及減小電源母線尺寸的能力，所有這些都影響到運(yùn)行數(shù)據(jù)中心的總功耗。

這些數(shù)字在實(shí)際成本方面意味著什么？考慮一個(gè)總功耗為 10 MW 的數(shù)據(jù)中心，其服務(wù)器消耗該能量的 50%，電源使用效率 (PUE) 為 1.6。服務(wù)器電源效率提高 2% 導(dǎo)致用電量減少 1.6%。這意味著每年可節(jié)省 140 萬千瓦時(shí)，相當(dāng)于減少超過 2100 萬磅的CO 2排放（圖 4）。每千瓦時(shí) 0.07 美元，可節(jié)省 98,000 美元。在擁有數(shù)百或數(shù)千臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心中，這種節(jié)省會(huì)快速增加。

互操作性是標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵

今天，大約 15% 的數(shù)據(jù)中心采用了 48V 電源架構(gòu)，其余的繼續(xù)使用 12V 電源架構(gòu)。然而，轉(zhuǎn)變正在加速，Advanced Energy 估計(jì)，到本十年中期，多達(dá) 50% 的數(shù)據(jù)中心將實(shí)施 48 V。

如前所述，數(shù)據(jù)中心的主要經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力是實(shí)現(xiàn)設(shè)備成本效率的標(biāo)準(zhǔn)化。在考慮電源設(shè)計(jì)時(shí)，這需要供應(yīng)商承諾通過采用非專有控制方法來支持互操作性，并確保電壓和電流環(huán)路帶寬可以在異構(gòu)環(huán)境中適當(dāng)匹配。作為 OCP ORv3 的主要貢獻(xiàn)者，Advanced Energy 積極參與這些標(biāo)準(zhǔn)化工作，與主要 OCP 用戶和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者合作，為跨部署的客戶創(chuàng)建一個(gè)通用的電源平臺(tái)，最終提高采用率和規(guī)模經(jīng)濟(jì)48V 架構(gòu)。

如今，Advanced Energy 提供了一系列 48V 電源解決方案，包括具有 97.5% 效率和 18、24、30 和 34 kW 輸出水平的 ORv3 電源架系列，以及 1U 中的鋰離子電池 BBU , 21 英寸機(jī)架配置。還提供具有 97% 電源效率和 36 kW 總功率輸出的 EIA 機(jī)架式電源架。

數(shù)據(jù)中心的未來

展望數(shù)據(jù)中心的未來，隨著服務(wù)器功率需求超過 30 kW，強(qiáng)制風(fēng)冷將不再足以維持安全的工作溫度。接下來的步驟是各種液體冷卻方法3 ，它們利用了液體相對(duì)于空氣的優(yōu)越熱傳遞特性。今天最典型的是，這意味著直接板技術(shù)，但即將到來的是浸入式冷卻，其中服務(wù)器組件浸沒在非導(dǎo)電流體中。Advanced Energy 已經(jīng)在研究易于適應(yīng)液體冷卻的電源，使其能夠用于浸入式冷卻平臺(tái)。

在配電方面，整體需求的持續(xù)增加最終會(huì)導(dǎo)致直流模式?？赡艿霓D(zhuǎn)換是在 400 V 時(shí)，因?yàn)樵摷?jí)別的直流電消除了對(duì)功率因數(shù)校正級(jí)的要求，從而實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 99% 的效率。

毫無疑問，隨著數(shù)據(jù)中心個(gè)體規(guī)模和安裝數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，將需要這種更高的效率。數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)構(gòu)成了數(shù)字生活方式的支柱，全球產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。而隨著物聯(lián)網(wǎng)采用的設(shè)備預(yù)計(jì)在2025年貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)的爆炸，從2019年18.3 ZB 73.1 ZB 4 -一個(gè)幾乎增加了四倍-數(shù)據(jù)中心將繼續(xù)在數(shù)字經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Advanced Energy 是這一增長(zhǎng)的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者，通過高效、高性能的電源解決方案應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心最艱巨的挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷