48V架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的崛起

　　在2016年3月9日的OCP(開源計算項目) 2016峰會上，谷歌宣布加入OCP聯(lián)盟，并貢獻(xiàn)了其48V整機(jī)柜解決方案。

　　從2012年開始，谷歌便開始建設(shè)第一代48V供電架構(gòu)，機(jī)柜級采用48V，但仍采用12V輸入的服務(wù)器主板，通過機(jī)柜內(nèi)DC/DC降壓到12V，最后再進(jìn)一步降壓到CPU的POL(負(fù)載點)節(jié)點;從2013年開始，由于48V直接轉(zhuǎn)負(fù)載點方案的成熟，開始采用第二代48V機(jī)柜和UPS，此時服務(wù)器主板直接支持48V，并直接從48V降壓到CPU的POL節(jié)點，減少了12V中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，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(jī)架的形態(tài)和采用48V機(jī)架的原因：減少了傳輸損耗，豐富的48V系統(tǒng)生態(tài)，48V轉(zhuǎn)負(fù)載點技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用和驗證。

谷歌48V機(jī)柜的布局

　　在數(shù)據(jù)中心長時間大規(guī)模驗證下，采用正48V的谷歌系統(tǒng)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(gòu)，路徑上的損耗將進(jìn)一步減少。

　　從表1的參數(shù)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(tǒng)架構(gòu)的損耗為10.7%，損耗減少超過30%。

　　Vicor的48V架構(gòu)稱為FPA(Factorized Power Architecture)，由兩個部分構(gòu)成(如圖2)。前端為采用升降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的預(yù)穩(wěn)壓模塊(PRM)，提供穩(wěn)定的Vf母線電壓，輸出電壓會根據(jù)負(fù)載的變化快速響應(yīng)。后端為采用專利正弦幅值變換器(Sine amplitude converter)的電壓變壓模塊(VTM)，將Vf母線電壓轉(zhuǎn)換到負(fù)載點電壓，其工作特性為理想變壓器，可以將能量存儲在高壓側(cè)電容，從而極大減少負(fù)載點的大電容。VTM采用零電壓、零電流的軟開關(guān)技術(shù)，工作頻率高達(dá)2MHz以上，具有領(lǐng)先的功率密度，Intel實驗室的測試表明，其噪聲比傳統(tǒng)的12V VR低一個數(shù)量級，因此可以放置在非常靠近CPU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。

　　隨著高性能計算，以及GPU等應(yīng)用發(fā)展，未來的服務(wù)器功耗將不斷增加，未來機(jī)柜內(nèi)母線電壓一定會往48V方向發(fā)展，特別是在HPC等高性能計算場合。隨著谷歌公司宣布加入OCP，極大促進(jìn)了48V產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)完整，表明在數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)上在穩(wěn)步朝著48V的方向前進(jìn)。我們已經(jīng)看到有國內(nèi)服務(wù)器廠商已經(jīng)推出了關(guān)于48V直流輸入的服務(wù)器驗證機(jī)。

　　最后，我們在數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域看到如圖4的電源發(fā)展趨勢，會有越來越多的系統(tǒng)采用48V供電架構(gòu)。

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