提高數據中心能源效率的創(chuàng )新電源技術(shù)

　　減少數據中心所需的能源已成為當務(wù)之急。根據勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)2009年的報告，現在數據中心的電力消耗大約相當于美國總能源消耗的2.5%。隨著(zhù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計算，以及其他技術(shù)的日趨成熟，電力消耗將會(huì )繼續攀升。根據2009年VMWare公司的報告，截至2009年，數據中心每年的能耗上升了大約12%。僅在美國，每年的總電力成本已接近34億美元。因此，減少電力消耗的戰略、管理能力，以及促進(jìn)環(huán)境保護的責任已成為一個(gè)重要目標。

　　根據2009年的麥肯錫公司(McKinsey and Company)的報告，每年數據中心服務(wù)器數量的增長(cháng)約為10%，因此這些戰略至關(guān)重要。新一代的服務(wù)器既復雜，又是潛在的耗電大戶(hù)。例如，現在一臺典型服務(wù)器中DC-DC穩壓器的數量相當多，CPU核心電壓(Vcore)使用了5或6個(gè)相位穩壓器?？傊?，這些穩壓器可以在1V條件下提供高達150A的峰值電流，或每個(gè)CPU 150W的功率。此外，存儲器電壓軌可能耗散25W至120W以上。其他電壓軌耗散比較小，每個(gè)在幾百毫瓦至5瓦不等。但這些加在一起就相當可觀(guān)了。

　　企業(yè)和IP服務(wù)提供商的無(wú)線(xiàn)基站控制器或路由器等嵌入式應用帶來(lái)了服務(wù)器的增長(cháng)，需要新的、高效的電源管理技術(shù)。一種解決方案是關(guān)閉數據中心多余的服務(wù)器電源，通過(guò)節約電力可以即時(shí)實(shí)現能源成本的節省。很明顯，較少的系統意味著(zhù)更加省電，同時(shí)降低了運營(yíng)成本。一臺低利用率的入門(mén)級服務(wù)器的本機工作負載會(huì )消耗50W的能量，每年約合600美元，而服務(wù)器托管的16個(gè)虛擬機的虛擬機工作負載只使用一小部分——5W的能量，每年的成本約合45美元。

　　服務(wù)器虛擬化可以因加載的減少而降低硬件的使用。另一種減少能耗的方法是從AC-DC轉到負載點(diǎn)(POL)增加電源鏈的輕負載效率。一臺典型的服務(wù)器長(cháng)時(shí)間在加載點(diǎn)低效率運行。一臺典型的個(gè)人電腦同樣在大部分時(shí)間以相對較低的電能利用率工作。虛擬化軟件可以提高效率，通過(guò)確保每臺服務(wù)器運行在最大MIPS速率，從而最大限度地提高服務(wù)器集群的利用率。

　　通過(guò)執行數字內核控制器還可以進(jìn)一步提高效率，像Intersil這樣的公司正在開(kāi)發(fā)和增強這方面的技術(shù)。這種電源管理技術(shù)是為移動(dòng)和計算應用開(kāi)發(fā)的，旨在提高輕負載效率。在這種情況下，CPU內核穩壓器能夠在滿(mǎn)負載超過(guò)100A到輕負載時(shí)以接近1A運行時(shí)實(shí)現超過(guò)90%的效率，或兩個(gè)數量級的效率。在數據中心中，這種高功率負載存在于核心CPU和服務(wù)器的密集內存，也存在于處理網(wǎng)絡(luò )數據流量的定制ASIC當中。

　　為了幫助控制功耗，像Intersil這樣的公司正在開(kāi)發(fā)新的多相和負載點(diǎn)架構，以提高服務(wù)器的DC-DC效率。例如Intersil的VR12六相穩位壓器的多相位穩壓器就是專(zhuān)門(mén)針對提高輕負載使用條件的效率而設計的。

　　新開(kāi)發(fā)的自動(dòng)相位下降(auto phase dropping)、二極管仿真模式和閾值柵極電壓(gate voltage over threshold)等算法，可以在10%的負載條件下提高多達20%的效率——當使用率下降時(shí)，效率還將更高。效率可以維持超過(guò)兩個(gè)數量級，從幾安到接近100A。

　　還有其他一些新的集成功率級，如DrMOS，由于Ron 數值較低，而且FET的寄生電容更小，它可以用較少的損失實(shí)現更高的開(kāi)關(guān)頻率。至于其他電源軌，較新的穩壓器采用了便攜式系統技術(shù)，為提高效率提供了另一種手段，包括從PWM切換到PFM，以及用于較高開(kāi)關(guān)速度和密度的集成的FET。

　　需要考慮高功率的CPU、內存和ASIC電源軌——以及現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、輔助模擬、I/O和備用電路等其他電壓軌的增加——這些架構總體效益可能非常顯著(zhù)。

　　另一個(gè)提高效率的動(dòng)力是為電源鏈增加智能。數字電源管理技術(shù)結合虛擬化有助于CPU將活動(dòng)集中到數據中心服務(wù)器的子集，這樣大量閑置的服務(wù)器就很容易降低到低功耗狀態(tài)。數字電源還可以實(shí)現輸入和負載電流、電壓和功耗的監測，以及過(guò)電壓/過(guò)電流和過(guò)溫等診斷功能。這使得數據中心的系統控制器可以監測效率，并根據實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行調整。例如Zilker Labs ZL2106數字電源管理IC提供了先進(jìn)的算法，可以適應不同負載情況下的轉換，并將信息返回到主機。數字電源轉換器可以用于通信基礎設施系統，因為這里的關(guān)鍵要求是高性能的轉換和電源管理。

　　憑借這些產(chǎn)品和技術(shù)能力，就可以應對降低數據中心能源消耗和優(yōu)化電源使用的挑戰，即使數據中心和每個(gè)中心的服務(wù)器數量還在不斷增加。