隨著AI、機(jī)器學(xué)習(xí)和更密集型云計(jì)算的興起，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心正面臨前所未有的能源需求。這些高耗電應(yīng)用給CPU和GPU帶來(lái)了巨大的壓力，亟需創(chuàng)新的解決方案來(lái)平衡性能與能源效率。在本博客文章中，我們探討了優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的配電策略，并特別指出中間總線轉(zhuǎn)換器（IBC）是處理持續(xù)增加的電力負(fù)載同時(shí)又能維持系統(tǒng)效率的關(guān)鍵組件。

日益增長(zhǎng)的能源挑戰(zhàn)

AI和加密貨幣挖礦等新興技術(shù)正在加速數(shù)據(jù)中心的能源消耗。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，2022年全球數(shù)據(jù)中心的用電量達(dá)到460太瓦時(shí)（TWh），到2026年可能會(huì)增加一倍以上。從一個(gè)更直觀的視角來(lái)看，這些能源需求相當(dāng)于整個(gè)日本的用電量。

這種快速增長(zhǎng)凸顯了對(duì)高效電力輸送網(wǎng)絡(luò)（PDN）的迫切需求。通過(guò)優(yōu)化電源架構(gòu)，數(shù)據(jù)中心可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性并降低運(yùn)行成本。

不斷擴(kuò)展的機(jī)柜功率

當(dāng)前數(shù)據(jù)中心通常為每個(gè)機(jī)柜提供30-40 kW的功率，但隨著CPU和GPU的性能越來(lái)越強(qiáng)大，將來(lái)的功率配置可能會(huì)超過(guò)200 kW。例如，英偉達(dá)的H100 AI加速器的熱設(shè)計(jì)功耗（TDP）為700 W，而像Blackwell B200這樣的下一代機(jī)型預(yù)計(jì)將達(dá)到1200 W。

處理這種級(jí)別的功率水平需要PDN應(yīng)對(duì)諸多挑戰(zhàn)，例如管理低電壓下的高電流、將電壓降和功率損耗降至最低以及實(shí)行高效的冷卻方案等。

優(yōu)化PDN涉及能源效率、功率密度、機(jī)架空間利用率和成本效益等多項(xiàng)指標(biāo)。

為什么采用中間總線架構(gòu)（IBA）？

鑒于直接進(jìn)行高低壓轉(zhuǎn)換的效率之低下，數(shù)據(jù)中心越來(lái)越多地采用中間總線架構(gòu)（IBA）。這種策略將DC/DC轉(zhuǎn)換分為兩個(gè)階段，利用中間電壓來(lái)提高整體效率。例如，以48V或52-54 V來(lái)配電相對(duì)于之前的12V可降低配電線上的電流水平并使電阻損耗降至最低。

在IBA系統(tǒng)中，由中間總線轉(zhuǎn)換器（IBC）處理降低電壓的第一階段。這類轉(zhuǎn)換器可以是隔離式也可以是非隔離式，不過(guò)就最新的技術(shù)進(jìn)展而言，非隔離式是更好的選擇。因?yàn)樗鼈兙哂懈叩墓β拭芏?，并能夠降低板載DC/DC轉(zhuǎn)換器的隔離要求，這是由于安全責(zé)任轉(zhuǎn)移到了AC/DC供電單元（PSU）。

創(chuàng)新的IBC解決方案

現(xiàn)代IBC能夠提供前所未有的功率密度和效率。例如Flex Power Modules的BMR316可以提供1 kW的連續(xù)功率和高達(dá)2.8 kW的峰值功率，而其封裝尺寸比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)小80%。這種緊湊設(shè)計(jì)能夠允許以AI算力為主的數(shù)據(jù)中心采用非隔離、非穩(wěn)壓的IBC來(lái)實(shí)現(xiàn)卓越的能源管理。

具有固定比率（如4:1或8:1）的IBC能針對(duì)特定的系統(tǒng)需求定制解決方案。例如，4:1比率可產(chǎn)生更高的功率密度和更好的熱性能，而8:1比率更適合較低的輸入/輸出電壓差，在效率與電流需求之間做出平衡。

先進(jìn)冷卻技術(shù)

隨著數(shù)據(jù)中心功率密度的增加，傳統(tǒng)的氣冷技術(shù)已無(wú)法滿足需求。液冷技術(shù)，比如JetCool等關(guān)聯(lián)公司推出的直達(dá)芯片式冷卻和浸入式冷卻，正在獲得關(guān)注。這些解決方案可確保高效散熱，這對(duì)于處理緊湊且高功率組件的熱負(fù)荷至關(guān)重要。

垂直供電（VPD）：改寫游戲規(guī)則

垂直供電（VPD）將電壓調(diào)節(jié)器模塊（VRM）直接集成在CPU或GPU下方，以優(yōu)化空間和性能。這種設(shè)計(jì)可最大限度地縮短連接長(zhǎng)度、降低功率損耗并釋放寶貴的PCB空間。只要將VPD與IBA系統(tǒng)結(jié)合使用，數(shù)據(jù)中心就能實(shí)現(xiàn)更高的效率和靈活性。

結(jié)論

數(shù)據(jù)中心在優(yōu)化電力輸送上面臨復(fù)雜的挑戰(zhàn)。選擇合適的IBC解決方案取決于從電壓水平到熱管理等多個(gè)特定系統(tǒng)因素?？紤]到電氣、熱和機(jī)械上的要求，全局式方案是實(shí)現(xiàn)理想的性能和效率平衡的關(guān)鍵。

對(duì)于需要做出這些決定的電力工程師們來(lái)說(shuō)，F(xiàn)lex Power Designer等軟件設(shè)計(jì)工具可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，并確保為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的需求提供量身定制的解決方案。只要選對(duì)了電源架構(gòu)，AI和云計(jì)算將會(huì)擁有強(qiáng)大而且可持續(xù)的未來(lái)遠(yuǎn)景。

關(guān)于 Flex Power Modules

Flex Power Modules屬于Flex 其中一個(gè)業(yè)務(wù)部，是可擴(kuò)展DC/DC電源轉(zhuǎn)換器的領(lǐng)先制造商和解決方案提供商，主要服務(wù)于數(shù)據(jù)處理、通信、工業(yè)和運(yùn)輸?shù)仁袌?chǎng)。

Flex Power Modules使用數(shù)字技術(shù)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可提供隔離和非隔離解決方案，其強(qiáng)大的用戶界面Flex Power Designer兼容PMBus協(xié)議。