隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模的擴(kuò)大和數(shù)量的增加，其能源消耗也不斷提高。目前，數(shù)據(jù)中心能耗占了全球用電量的2%，預(yù)計(jì)到2020年，僅美國的數(shù)據(jù)中心耗電量將高達(dá)1400億度。降低能耗已經(jīng)成為全球數(shù)據(jù)中心建設(shè)最迫切需要解決的問題。

預(yù)見到高性能運(yùn)算的需求與耗電的持續(xù)增加，Google已從數(shù)年前開始評估新一代技術(shù)來取代主流的12V架構(gòu)，并最終采用了在通信行業(yè)已有廣泛應(yīng)用的48V機(jī)架式電源分配系統(tǒng)。在2016開放計(jì)算峰會(OCP)上，Google宣布了其推廣48V服務(wù)器和配電基礎(chǔ)設(shè)置計(jì)劃。而實(shí)現(xiàn)Google 48V架構(gòu)的，正是Vicor的48V直接到PoL(負(fù)載點(diǎn))電源模塊。

據(jù)VICOR公司全球市場營銷副總裁Philip D. Davies介紹，Vicor的48V電源模塊可以直接為低電壓大電流的CPU、GPU、ASIC和DDR內(nèi)存從48V配電總線供電，實(shí)現(xiàn)前所未有的功率密度、轉(zhuǎn)換效率，降低系統(tǒng)配電損耗。Google采用Vicor 48V電源模塊的綠色數(shù)據(jù)中心，相對現(xiàn)有12V架構(gòu)，其能源效率顯著提高了30%，使數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(PUE)與理想值1.00更加接近。

圖：VICOR公司全球市場營銷副總裁Philip D. Davies

雖然較高配電總線電壓具有眾所周知的好處，更細(xì)的電纜和總線、更低的配電損耗、更小的存儲電容器，特別是48V，不需要特殊安全預(yù)防措施，但傳統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換方法無法高效率或緊湊地從48V總線將電源轉(zhuǎn)換成CPU或GPU需要的低電壓和大電流。因此，CPU功率轉(zhuǎn)換目前已習(xí)慣于依賴12V配電。不過，12V總線必須攜帶48V總線所攜帶4倍的電流，并且，因?yàn)榕潆姄p耗是電流平方的函數(shù)，在12V總線上損耗的功率可能多達(dá)48V總線損耗的16倍。目前，常見的兩級電源轉(zhuǎn)換(48V-12V-負(fù)載)架構(gòu)，其效率最高僅為90%左右。而在更小的空間內(nèi)，Vicor的從48V直接為負(fù)載點(diǎn)供電的產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)超過95%的更高轉(zhuǎn)換效率。

圖：與傳統(tǒng)的12V供電相比，48V總線功率損耗降為1/16

Vicor的最新一代48V直接到PoL模塊包括Cool-Power PI3751-02升降壓、預(yù)穩(wěn)壓器模塊(PRM)和VTM48Kp020x電流倍增器模塊(VTM)。采用這些超高功率密度的方案，是否會增加工程師電路設(shè)計(jì)的難度呢?Davies打消了21ic小編的顧慮，第三方研究證明，VTM的噪聲頻譜比傳統(tǒng)多相降壓穩(wěn)壓器低一個(gè)數(shù)量級。

圖：Vicor與Intel VR13兼容的48V設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)多相方案噪聲更低

在OCP的推動下，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)是否會全面提升到48V呢?Davies給出了保守的預(yù)期。由于12V架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，短期之內(nèi)，頗具成本優(yōu)勢的傳統(tǒng)架構(gòu)還有足夠的生存空間，以8KW以下的機(jī)柜為主。

但是隨著高性能計(jì)算的需求，系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大，CPU內(nèi)核數(shù)也在不斷增加，計(jì)算頻率和線程等性能的提升都導(dǎo)致了總體功耗的上漲，部分CPU 的負(fù)載電流超過150A。云計(jì)算云存儲等趨勢對數(shù)據(jù)中心存儲器提出了新的要求，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)等新的應(yīng)用普及，功耗大戶GPU的采用也正不斷加大數(shù)據(jù)中心的功耗。未來8KW至30KW級的機(jī)柜將是48V架構(gòu)應(yīng)用的主要市場。當(dāng)然，技術(shù)的變革永不止步，Davies透露Vicor也在積極部署更高效的創(chuàng)新電源方案。

在中國市場，48V的數(shù)據(jù)中心新標(biāo)準(zhǔn)能否得以推廣呢?Vicor 亞太區(qū)銷售副總 Eric Wong表示，即將推出的天蝎計(jì)劃3.0版本會否引入這一標(biāo)準(zhǔn)將起到?jīng)Q定性的作用。由阿里巴巴、百度、騰訊三方合作于2011年發(fā)起天蝎計(jì)劃已經(jīng)吸引了眾多服務(wù)器廠商共同參與研發(fā)制定整機(jī)柜服務(wù)器解決方案。中國電信和中國移動的加入使得該項(xiàng)目不斷發(fā)展壯大，也使之成為國內(nèi)對服務(wù)器以及數(shù)據(jù)中心需求最大、要求最高的組織。天蝎計(jì)劃在國內(nèi)的影響力不亞于開放計(jì)算峰會。據(jù)Wong預(yù)測，美國在今年年內(nèi)陸續(xù)會有OCP成員采用48V架構(gòu)，如果有了天蝎計(jì)劃的推動，中國的應(yīng)用將在未來三年內(nèi)迅速發(fā)展起來。

圖：Vicor 亞太區(qū)銷售副總 Eric Wong

目前已有半導(dǎo)體廠商積極響應(yīng)48V機(jī)架標(biāo)準(zhǔn)，ST采用隔離型諧振直接轉(zhuǎn)換技術(shù)48V電源架構(gòu)專用功率轉(zhuǎn)換IC的三款產(chǎn)品近日出貨，Maxim采用集成電源和磁元件的48V可擴(kuò)展方案也有望在今年下半年供貨。面對來自同行的競爭，Davies笑言這正驗(yàn)證了Vicor 48V策略的前瞻性，48V市場必然大有可為。包括電源產(chǎn)品在內(nèi)，針對這一標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、機(jī)架、鋰電池等各個(gè)層面越來越豐富的方案的涌現(xiàn)才能搭建起新的48V生態(tài)系統(tǒng)，有效推進(jìn)新標(biāo)準(zhǔn)的廣泛采用。而憑借在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、封裝技術(shù)、開關(guān)頻率等方面的技術(shù)優(yōu)勢，Davies相信Vicor的48V直接到PoL電源模塊會成為工程師的首選。此外，憑借其產(chǎn)品高密度小尺寸的優(yōu)勢，Vicor還將為新興的無人機(jī)、機(jī)器人和電動車市場提供更高性價(jià)比的新一代方案。