数据中心新一代48V电源架构

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3月9日，谷歌宣布加入OCP计划，并将自己的48v电源机架设计的研究结果公布出来，其中包含48V伺服器至负载点设计、机架层48V锂离子不断电系统等。谷歌已采用此架构平稳运行数年之久。该新闻引发全球媒体的广泛转载，并被视为数据中心行业一个巨大的技术进展。

对数据中心的供电优化，降低PUE将有助于减少炭排放，为全球的绿色发展作出贡献。

谷歌数据中心PUE持续提升，目前情况已经可以做到1.1以内。如此也可以看出，国内数据中心的PUE仍有降低很多的空间。

从公开信息中可以看到，谷歌从2010年就开始研发48V机架式电源分配系统，并在其后几年大规模投入使用。相信这是PUE的持续降低的一个原因。

最近，VR（虚拟现实技术）受到全球的关注，有消息称阿里巴巴将在其在线商务系统中引入VR，用户的在线购物体验将得到很大的改善，从而进一步刺激网络消费。虚拟现实技术势必会带来海量的图形计算，服务器采用大功率GPU是一个趋势。同时，海量数据传输需求将加大，导致ICT设备的单机功耗增加。这些都会进一步推高数据中心对电能的需求。

更高的电压意味着更低的电流和更低的线路损耗。48V电源分配系统在CT设备中已经广泛使用了几十年，而在IT设备中一直采用的是12V。对于48V和12V系统，如果传输相同的功率，那么线路上的损耗相差为16倍。对于上千安培的母线电流来说，细微的阻抗也会导致很大的功率损耗。随着数据中心数据吞吐量运算量的不断提升，机架的功率持续上升。

根据谷歌公布的数据，采用 48 V电源分配器的新机架设计，相比传统的12V方案，电力的损耗可以大幅度降低 。

国内的BAT三大巨头也在积极推动技术的发展，从天蝎1.0到新的天蝎2.5无不体现出对效率性能的提升和优化。天蝎2.5版本可以看到48V的身影。在这个版本中，12V仍然作为工作母线，48V在机架中作为市电直供的电池备份系统。近期和业内资深专家交流得知，天蝎2.5只是作为一个过渡的版本，将于明年颁布的天蝎3.0版本将把48V作为母线电压，直接为机架供电，为未来的发展预留了良好的发展空间。

由此可见，数据中心的电源系统将由12V转到48V。 在采用48V机架配电系统后，48V电源将直接供给服务器和通信设备主板。从48V到负载点有以下两种方式：

如果通过采用48V-12V-POL的供电方式，可以沿用成熟的12V板载电源方案，但是经过两级转换，降低了效率，采用48V提升系统效率的初衷将不能实现，因为对长时间运营的数据中心来说，效率的提升可以有效减少运营费用。可见，采用48V直接到负载点的方式将是提升效率的关键所在。

Vicor的48V直接到低压大电流负载点的方案已经在数据中心大量使用，是已被验证的成熟高效的供电方案。

Vicor的48V架构称为FPA，由两个部分构成：前端为采用深降压拓扑结构的预稳压模块（PRM），后端为采用专利正弦幅值变换器（SAC）的电压变压模块（VTM）。

PRM输出一个的40V左右母线电压，VTM为理想直流变压器，以固定变压因子输出一个低压大电流的功率（61mm×23mm的面积里面可以输出高达180A的电流）。比如，输入端为48V，要求1.8V 100A输出，那么可以采用24：1的VTM，此时PRM的输出电压将为1.8×24=43.2V。 采用不同变压因子的VTM，调整PRM的输出，可以非常高效地实现48V到POL的供电。 53.5V转1.8V 的VR13.0方案可以实现高达94%的转换效率。

在服务器或者交换路由器中， CPU、内存、ACIS和 FPGA等低电压、大电流芯片为耗电大户。高效地解决这些负载点是实现系统整体性能的关键。