Vicor电源模块打造Google绿色数据中心

随着数据中心的规模的扩大和数量的增加，其能源消耗也不断提高。目前，数据中心能耗占了全球用电量的2%，预计到2020年，仅美国的数据中心耗电量将高达1400亿度。降低能耗已经成为全球数据中心建设最迫切需要解决的问题。

预见到高性能运算的需求与耗电的持续增加，Google已从数年前开始评估新一代技术来取代主流的12V架构，并最终采用了在通信行业已有广泛应用的48V机架式电源分配系统。在2016开放计算峰会(OCP)上，Google宣布了其推广48V服务器和配电基础设置计划。而实现Google 48V架构的，正是Vicor的48V直接到PoL(负载点)电源模块。

据VICOR公司全球市场营销副总裁Philip D. Davies介绍，Vicor的48V电源模块可以直接为低电压大电流的CPU、GPU、ASIC和DDR内存从48V配电总线供电，实现前所未有的功率密度、转换效率，降低系统配电损耗。Google采用Vicor 48V电源模块的绿色数据中心，相对现有12V架构，其能源效率显著提高了30%，使数据中心的电源使用效率(PUE)与理想值1.00更加接近。

图：VICOR公司全球市场营销副总裁Philip D. Davies

虽然较高配电总线电压具有众所周知的好处，更细的电缆和总线、更低的配电损耗、更小的存储电容器，特别是48V，不需要特殊安全预防措施，但传统功率转换方法无法高效率或紧凑地从48V总线将电源转换成CPU或GPU需要的低电压和大电流。因此，CPU功率转换目前已习惯于依赖12V配电。不过，12V总线必须携带48V总线所携带4倍的电流，并且，因为配电损耗是电流平方的函数，在12V总线上损耗的功率可能多达48V总线损耗的16倍。目前，常见的两级电源转换(48V-12V-负载)架构，其效率最高仅为90%左右。而在更小的空间内，Vicor的从48V直接为负载点供电的产品能实现超过95%的更高转换效率。

图：与传统的12V供电相比，48V总线功率损耗降为1/16

Vicor的最新一代48V直接到PoL模块包括Cool-Power PI3751-02升降压、预稳压器模块(PRM)和VTM48Kp020x电流倍增器模块(VTM)。采用这些超高功率密度的方案，是否会增加工程师电路设计的难度呢?Davies打消了21ic小编的顾虑，第三方研究证明，VTM的噪声频谱比传统多相降压稳压器低一个数量级。

图：Vicor与Intel VR13兼容的48V设计比传统多相方案噪声更低

在OCP的推动下，数据中心架构是否会全面提升到48V呢?Davies给出了保守的预期。由于12V架构的生态系统已经非常成熟，短期之内，颇具成本优势的传统架构还有足够的生存空间，以8KW以下的机柜为主。

但是随着高性能计算的需求，系统规模越来越庞大，CPU内核数也在不断增加，计算频率和线程等性能的提升都导致了总体功耗的上涨，部分CPU 的负载电流超过150A。云计算云存储等趋势对数据中心存储器提出了新的要求，随着虚拟现实等新的应用普及，功耗大户GPU的采用也正不断加大数据中心的功耗。未来8KW至30KW级的机柜将是48V架构应用的主要市场。当然，技术的变革永不止步，Davies透露Vicor也在积极部署更高效的创新电源方案。

在中国市场，48V的数据中心新标准能否得以推广呢?Vicor 亚太区销售副总 Eric Wong表示，即将推出的天蝎计划3.0版本会否引入这一标准将起到决定性的作用。由阿里巴巴、百度、腾讯三方合作于2011年发起天蝎计划已经吸引了众多服务器厂商共同参与研发制定整机柜服务器解决方案。中国电信和中国移动的加入使得该项目不断发展壮大，也使之成为国内对服务器以及数据中心需求最大、要求最高的组织。天蝎计划在国内的影响力不亚于开放计算峰会。据Wong预测，美国在今年年内陆续会有OCP成员采用48V架构，如果有了天蝎计划的推动，中国的应用将在未来三年内迅速发展起来。

图：Vicor 亚太区销售副总 Eric Wong

目前已有半导体厂商积极响应48V机架标准，ST采用隔离型谐振直接转换技术48V电源架构专用功率转换IC的三款产品近日出货，Maxim采用集成电源和磁元件的48V可扩展方案也有望在今年下半年供货。面对来自同行的竞争，Davies笑言这正验证了Vicor 48V策略的前瞻性，48V市场必然大有可为。包括电源产品在内，针对这一标准的服务器、机架、锂电池等各个层面越来越丰富的方案的涌现才能搭建起新的48V生态系统，有效推进新标准的广泛采用。而凭借在拓扑结构、封装技术、开关频率等方面的技术优势，Davies相信Vicor的48V直接到PoL电源模块会成为工程师的首选。此外，凭借其产品高密度小尺寸的优势，Vicor还将为新兴的无人机、机器人和电动车市场提供更高性价比的新一代方案。