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“东数西算”战略中,数据中心电源架构不容忽视

发布日期:2022-06-30 作者:网络
 
 “东数西算”电源架构至关重要

数字经济高速发展,数据量爆发式增长。算力作为数字经济核心生产力,成为全球战略竞争新焦点。国家重大战略工程"东数西算"应运而生,在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃宁夏8地启动建设算力网络国家枢纽节点,并规划了张家口等10个国家数据中心集群。

  

“东数西算"中的“数”,指数据、“算"指算力,即对数据的处理能力。将东部算力有序引导到西部,并促进东西部协同联动。

在算力上, “东数西算”取得了非常喜人的成绩:今年以来,全国10个国家数据中心集群中,新开工项目25个,数据中心规模达54万标准机架,算力超过每秒1350亿亿次浮点运算,带动各方面投资超过1900亿元。

但除了在算力上的建设,“东数西算”还有着实现绿色能源的目标:数据中心电能利用效率指标控制在1.25以内,可再生能源使用率显著提升。为实现这一目标,电源架构至关重要。

 


电力是核心问题

 

 “东数西算"背后不仅仅是投资规模及其带来的产业发展机遇,更重要的是统筹优化数据中心的能源使用效率。

目前,国内数据中心大多盘踞东部地区,由于土地、能源等资源日趋紧张,日趋大规模的数据中心在东部难以为继。而国内西部地区资源充裕,特别是可再生能源丰富。

但“东数西算"的核心问题是电力,据有关机构预测,目前我国数据中心耗电量约占全社会用电量的2%左右,预计到2030年,我国数据中心的耗能将从2018年的1609亿千瓦时增长到2030年的4115亿千瓦时。

另据预计,2025年中国数据中心总用电量将达到3852亿千瓦时,约占中国全社会用电量的4%。

德州仪器(TI)区域销售经理Rui Chen表示,当前数据中心由于历史原因大部分分布在中东部发达地区,由于中东部地区的绿色能源供应(水电、核电、风电、太阳能)天然较缺乏,这对于数据中心绿色化带来物理距离的挑战。

“国家目前正在推进的‘东数西算’工程,有利于促进绿色发展,加大数据中心在西部布局,将大幅提升绿色能源使用比例,就近消纳西部绿色能源。”Rui Chen如是说。


容易被忽视的环节

 

数据中心电源系统作为“东数西算”中至关重要的一环往往会被忽视,但它却十分重要,直接影响着能源效率。那么数据中心电源架构是什么?

数据中心电源架构分为两个不同阶段。第一阶段是从市电220V或者380V AC转到IT系统主板所需电源(12V或者48V DC),这一部分一般是由专门的PSU来实现的。服务器PSU功率等级一般从550W 到3000W以上不等,内部的架构分成PFC和DCDC两级,输出电压一般为12V,也有部分规格是48V输出。

第二个阶段是IT系统主板上所需的板载电源。可以根据后级的负载不同由不同的电源系统来组成。后级如果是CPU/GPU/FPGA/ASIC等功率较大的负载,一般是通过多相电源系统进行供电。如果是一些较小的负载点的供电一般是由DC/DC或者LDO来进行供电。

很多新型的电源技术,例如GaN,也会率先利用在数据中心。以服务器PSU为例,和传统的工业AC-DC电源相比,规格和拓扑架构十分相似,但主要有三种技术差异。

其一,效率要求更高。稳定高效的电源系统是保证数据中心正常连续工作的基本保障。由于数据中心的耗电量是惊人的,1%的电源效率提升对应的数据中心的运营成本节省也是十分可观的。从白金到钛金效率要求的变化(80PLUS 规格)逐渐成为了新一代服务器PSU的硬性要求。

其二,功率密度更大。随着数据中心算力越来越高,对配套电能的需求量也会大幅提升,对服务器PSU供应商来说,如果可以在相同的电源尺寸内提升功率,就可以在不扩建机房的情况下满足更高的算力要求。因此,在相同的外形尺寸下,TI将功率密度大大提升,功率范围扩大至1800W~3600W,甚至有高达5000W的服务器电源。

其三,负载响应更快。由于服务器CPU的算力逐步提升,对瞬态电流的响应速度要求也越来越高,因此要求服务器PSU支持更高的负载跳变,从过去的1A/us到现在的2.5A/us,甚至更高。

总结:“东数西算”中基础设施是关键,数据中心电源系统建设也存在着诸多挑战。用电效益的提高催生了电源装置 (PSU) 的发展,以提供高能效、快速瞬态响应、高功率密度和更大的电源容量,这就需要更复杂的电源拓扑、更高的实时控制性能以加快控制回路的执行、在采用 GaN等宽带隙功率器件时减少功耗同时还要保持更高的开关频率。


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