快速增長的數(shù)字宇宙中的服務(wù)器電源
摘要:今天,服務(wù)器群的電力需求從早年的1kW/機架增加到了20kW。數(shù)據(jù)流量趨勢正在加速,預(yù)計在不久的將來需求將達到30kW/機架。48V DC配電提供了一個可以隨著服務(wù)器部署規(guī)模提升的高功率密度。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/262226.htm1 增長的服務(wù)器密度
到2020年末,數(shù)字宇宙(一年內(nèi)創(chuàng)建、復(fù)制和消耗的所有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的度量單位)將達到40澤字節(jié)(40×1021),這相當(dāng)于在2010年基礎(chǔ)上增長了50倍[1]。
為了支持這一空前的流量增長。服務(wù)器都采用了多核處理器,并增加了每個板的處理器數(shù)量。整體機架密度也已經(jīng)提高,從1996年的每機架7臺服務(wù)器達到2010年的每機架20臺服務(wù)器。機架功率也以同種方式增加了,從2000年的千瓦/機架達到2007年的10kW/機架,今天許多新安裝的設(shè)備超過了20kW/機架。
對于新設(shè)備和那些正在升級的服務(wù)器,這些趨勢已經(jīng)很難繼續(xù)用使用單相AC-DC轉(zhuǎn)換器的12V電壓在機架級分配電能。
2 12V配電的挑戰(zhàn)
基于12V配電的典型服務(wù)器機架使用一個電力輸送單元(PDU),包括EMI電源濾波器和一個有480V三相輸入和277V單相輸出的Y型配置變壓器,它為機架的AC-DC轉(zhuǎn)換器供電。要為一個10kW機架供電,俗稱銀盒的AC/DC轉(zhuǎn)換器必須為其IT負(fù)載組合提供超過800A功率。原理圖示例如圖1所示。
這些銀盒獨立工作,無需同步,導(dǎo)致其輸入電流波形出現(xiàn)了更豐富的諧波含量。轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)校正(PFC)電路可正確輸入相對于輸入電壓波形的電流波形,但隨著銀盒制造商在努力提高功率轉(zhuǎn)換效率,AC線路上的諧波含量也在不斷增加[5]。
例如,那些符合80-Plus Gold認(rèn)證的銀盒可提供92%的峰值效率,產(chǎn)生其輸入電流波形約5%的總諧波失真(THD)(相對于基波頻率)。符合80-Plus Titanium認(rèn)證的AC/DC轉(zhuǎn)換器可提供96%的峰值效率,產(chǎn)生約12%的總諧波失真。
此外,銀盒是異步操作,因此所產(chǎn)生的諧波電流與上游AC線相互作用,且通常在PDU或不間斷電源(UPS)中的三相變壓器內(nèi)組合,從而產(chǎn)生更寬的中、低頻諧波(幾Hz到幾kHz)。
最近的研究[5-6]表明,當(dāng)一個線路變壓器的電流波形的總諧波失真超過5%時,每增加2%的總諧波失真可產(chǎn)生額外1%的總功率損耗,通常發(fā)生在PDU(或UPS,或兩者)中。對于一個為80-Plus Titanium AC-DC轉(zhuǎn)換器供電的10kW系統(tǒng),正是由于電流總諧波失真的緣故,至少相當(dāng)于PDU耗散了350W。系統(tǒng)設(shè)計人員必須估計PDU的大小,以適應(yīng)額外損耗,從而增加了機架的安裝成本,并影響整個系統(tǒng)的可靠性。
最終,隨著機架功率的持續(xù)增加,12V配電開始出現(xiàn)更基本的問題。由于個別主板增加了內(nèi)核、內(nèi)存和I/O,細(xì)分(subdivide)電源的能力變得很有限,而實際和經(jīng)濟規(guī)模的母線和電源輸入連接器的電流最大值會對整體機架密度產(chǎn)生負(fù)面的影響。在20kW/機柜中,12V電源架必須提供凈1.7kA,而機架供電要求并沒有停滯不前。
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