48V架構在數據中心的崛起

　　在2016年3月9日的OCP(開(kāi)源計算項目) 2016峰會(huì )上，谷歌宣布加入OCP聯(lián)盟，并貢獻了其48V整機柜解決方案。

　　從2012年開(kāi)始，谷歌便開(kāi)始建設第一代48V供電架構，機柜級采用48V，但仍采用12V輸入的服務(wù)器主板，通過(guò)機柜內DC/DC降壓到12V，最后再進(jìn)一步降壓到CPU的POL(負載點(diǎn))節點(diǎn);從2013年開(kāi)始，由于48V直接轉負載點(diǎn)方案的成熟，開(kāi)始采用第二代48V機柜和UPS，此時(shí)服務(wù)器主板直接支持48V，并直接從48V降壓到CPU的POL節點(diǎn)，減少了12V中間轉換環(huán)節，效率更高，成本更低。

　　在谷歌的介紹資料中(如圖1)，我們可以看到其服務(wù)器機架的形態(tài)和采用48V機架的原因：減少了傳輸損耗，豐富的48V系統生態(tài)，48V轉負載點(diǎn)技術(shù)的大規模應用和驗證。

谷歌48V機柜的布局

　　在數據中心長(cháng)時(shí)間大規模驗證下，采用正48V的谷歌系統的能效和其它方案的對比情況如下，并且特別指出，在采用48V的供電架構，路徑上的損耗將進(jìn)一步減少。

　　從表1的參數我們可以計算得到，采用48V供電的總體損耗為7.9%，而采用12V傳統架構的損耗為10.7%，損耗減少超過(guò)30%。

　　Vicor的48V架構稱(chēng)為FPA(Factorized Power Architecture)，由兩個(gè)部分構成(如圖2)。前端為采用升降壓拓撲結構的預穩壓模塊(PRM)，提供穩定的Vf母線(xiàn)電壓，輸出電壓會(huì )根據負載的變化快速響應。后端為采用專(zhuān)利正弦幅值變換器(Sine amplitude converter)的電壓變壓模塊(VTM)，將Vf母線(xiàn)電壓轉換到負載點(diǎn)電壓，其工作特性為理想變壓器，可以將能量存儲在高壓側電容，從而極大減少負載點(diǎn)的大電容。VTM采用零電壓、零電流的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，工作頻率高達2MHz以上，具有領(lǐng)先的功率密度，Intel實(shí)驗室的測試表明，其噪聲比傳統的12V VR低一個(gè)數量級，因此可以放置在非?？拷麮PU的地方(如圖3)，進(jìn)一步減少電源輸出端到CPU電源引腳間的功率損耗。

　　隨著(zhù)高性能計算，以及GPU等應用發(fā)展，未來(lái)的服務(wù)器功耗將不斷增加，未來(lái)機柜內母線(xiàn)電壓一定會(huì )往48V方向發(fā)展，特別是在HPC等高性能計算場(chǎng)合。隨著(zhù)谷歌公司宣布加入OCP，極大促進(jìn)了48V產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)完整，表明在數據中心供電架構上在穩步朝著(zhù)48V的方向前進(jìn)。我們已經(jīng)看到有國內服務(wù)器廠(chǎng)商已經(jīng)推出了關(guān)于48V直流輸入的服務(wù)器驗證機。

　　最后，我們在數據通訊領(lǐng)域看到如圖4的電源發(fā)展趨勢，會(huì )有越來(lái)越多的系統采用48V供電架構。

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第6期第79頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。