便开始建设第一代48V供电架构,机柜级采用48V,但仍采用12V输入的服务器主板,通过机柜内DC/DC降压到12V,最后再进一步降压到CPU的POL(负载点)节点;从2013年开始,由于48V直接转负载点方案的成熟,开始采用第二代48V机柜和UPS,此时服务器主板直接支持48V,并直接从48V降压到CPU的POL节点,减少了12V中间转换环节,效率更高,成本更低。

在谷歌的介绍资料中(如图1),我们可以看到其服务器机架的形态和采用48V机架的原因：减少了传输损耗,丰富的48V系统生态,48V转负载点技术的大规模应用和验证。

在数据中心长时间大规模验证下,采用正48V的谷歌系统的能效和其它方案的对比情况如下,并且特别指出,在采用48V的供电架构,径上的损耗将进一步减少。

从表1的参数我们可以计算得到,采用48V供电的总体损耗为7.9%,而采用12V传统架构的损耗为10.7%,损耗减少超过30%。

Vicor的48V架构称为FPA(Factorized Power Architecture),由两个部分构成(如图2)。前端为采用升降压拓扑结构的预稳压模块(PRM),提供稳定的Vf母线电压,输出电压会根据负载的变化快速响应。后端为采用专利正弦幅值变换器(Sine amplitude converter)的电压变压模块(VTM),将Vf母线电压转换到负载点电压,其工作特性为理想变压器,可以将能量存储在高压侧电容,从而极大减少负载点的大电容。VTM采用零电压、零电流的软开关技术,工作频率高达2MHz以上,具有领先的功率密度,Intel实验室的测试表明,其噪声比传统的12V VR低一个数量级,因此可以放置在非常靠近CPU的地方(如图3),进一步减少电源输出端到CPU电源引脚间的功率损耗。

随着高性能计算,以及GPU等应用发展,未来的服务器功耗将不断增加,未来机柜内母线V方向发展,特别是在HPC等高性能计算场合。随着谷歌公司宣布加入OCP,极大促进了48V产业链的生态完整,表明在数据中心供电架构上在稳步朝着48V的方向前进。我们已经看到有国内服务器厂商已经推出了关于48V直流输入的服务器验证机。

本文来源于中国科技核心期刊《电子产品世界》2016年第6期第79页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。