提高數(shù)據(jù)中心能源效率的創(chuàng)新電源技術

　　減少數(shù)據(jù)中心所需的能源已成為當務之急。根據(jù)勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)2009年的報告，現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的電力消耗大約相當于美國總能源消耗的2.5%。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算，以及其他技術的日趨成熟，電力消耗將會繼續(xù)攀升。根據(jù)2009年VMWare公司的報告，截至2009年，數(shù)據(jù)中心每年的能耗上升了大約12%。僅在美國，每年的總電力成本已接近34億美元。因此，減少電力消耗的戰(zhàn)略、管理能力，以及促進環(huán)境保護的責任已成為一個重要目標。

　　根據(jù)2009年的麥肯錫公司(McKinsey and Company)的報告，每年數(shù)據(jù)中心服務器數(shù)量的增長約為10%，因此這些戰(zhàn)略至關重要。新一代的服務器既復雜，又是潛在的耗電大戶。例如，現(xiàn)在一臺典型服務器中DC-DC穩(wěn)壓器的數(shù)量相當多，CPU核心電壓(Vcore)使用了5或6個相位穩(wěn)壓器。總之，這些穩(wěn)壓器可以在1V條件下提供高達150A的峰值電流，或每個CPU 150W的功率。此外，存儲器電壓軌可能耗散25W至120W以上。其他電壓軌耗散比較小，每個在幾百毫瓦至5瓦不等。但這些加在一起就相當可觀了。

　　企業(yè)和IP服務提供商的無線基站控制器或路由器等嵌入式應用帶來了服務器的增長，需要新的、高效的電源管理技術。一種解決方案是關閉數(shù)據(jù)中心多余的服務器電源，通過節(jié)約電力可以即時實現(xiàn)能源成本的節(jié)省。很明顯，較少的系統(tǒng)意味著更加省電，同時降低了運營成本。一臺低利用率的入門級服務器的本機工作負載會消耗50W的能量，每年約合600美元，而服務器托管的16個虛擬機的虛擬機工作負載只使用一小部分——5W的能量，每年的成本約合45美元。

　　服務器虛擬化可以因加載的減少而降低硬件的使用。另一種減少能耗的方法是從AC-DC轉(zhuǎn)到負載點(POL)增加電源鏈的輕負載效率。一臺典型的服務器長時間在加載點低效率運行。一臺典型的個人電腦同樣在大部分時間以相對較低的電能利用率工作。虛擬化軟件可以提高效率，通過確保每臺服務器運行在最大MIPS速率，從而最大限度地提高服務器集群的利用率。

　　通過執(zhí)行數(shù)字內(nèi)核控制器還可以進一步提高效率，像Intersil這樣的公司正在開發(fā)和增強這方面的技術。這種電源管理技術是為移動和計算應用開發(fā)的，旨在提高輕負載效率。在這種情況下，CPU內(nèi)核穩(wěn)壓器能夠在滿負載超過100A到輕負載時以接近1A運行時實現(xiàn)超過90%的效率，或兩個數(shù)量級的效率。在數(shù)據(jù)中心中，這種高功率負載存在于核心CPU和服務器的密集內(nèi)存，也存在于處理網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量的定制ASIC當中。

　　為了幫助控制功耗，像Intersil這樣的公司正在開發(fā)新的多相和負載點架構，以提高服務器的DC-DC效率。例如Intersil的VR12六相穩(wěn)位壓器的多相位穩(wěn)壓器就是專門針對提高輕負載使用條件的效率而設計的。

　　新開發(fā)的自動相位下降(auto phase dropping)、二極管仿真模式和閾值柵極電壓(gate voltage over threshold)等算法，可以在10%的負載條件下提高多達20%的效率——當使用率下降時，效率還將更高。效率可以維持超過兩個數(shù)量級，從幾安到接近100A。

　　還有其他一些新的集成功率級，如DrMOS，由于Ron 數(shù)值較低，而且FET的寄生電容更小，它可以用較少的損失實現(xiàn)更高的開關頻率。至于其他電源軌，較新的穩(wěn)壓器采用了便攜式系統(tǒng)技術，為提高效率提供了另一種手段，包括從PWM切換到PFM，以及用于較高開關速度和密度的集成的FET。

　　需要考慮高功率的CPU、內(nèi)存和ASIC電源軌——以及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、輔助模擬、I/O和備用電路等其他電壓軌的增加——這些架構總體效益可能非常顯著。

　　另一個提高效率的動力是為電源鏈增加智能。數(shù)字電源管理技術結(jié)合虛擬化有助于CPU將活動集中到數(shù)據(jù)中心服務器的子集，這樣大量閑置的服務器就很容易降低到低功耗狀態(tài)。數(shù)字電源還可以實現(xiàn)輸入和負載電流、電壓和功耗的監(jiān)測，以及過電壓/過電流和過溫等診斷功能。這使得數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)控制器可以監(jiān)測效率，并根據(jù)實時狀況進行調(diào)整。例如Zilker Labs ZL2106數(shù)字電源管理IC提供了先進的算法，可以適應不同負載情況下的轉(zhuǎn)換，并將信息返回到主機。數(shù)字電源轉(zhuǎn)換器可以用于通信基礎設施系統(tǒng)，因為這里的關鍵要求是高性能的轉(zhuǎn)換和電源管理。

　　憑借這些產(chǎn)品和技術能力，就可以應對降低數(shù)據(jù)中心能源消耗和優(yōu)化電源使用的挑戰(zhàn)，即使數(shù)據(jù)中心和每個中心的服務器數(shù)量還在不斷增加。