快速增长的数字宇宙中的服务器电源

48等于新的12

48 V配电设计在一些重要方面不同于超过配电方案操作潜力的12 V系统。最值得注意的是，48 V配电系统可以用一个400 V/480 V三相整流器来替代PDU变压器和银盒（原理图示例如图3所示）。一个现代整流器可产生约3％的总谐波失真，且很少超过5％，即使是在轻负载条件下。整流器数目的减少（由于较高的单位功率）和线路电流所消耗的本来就较低的谐波含量，导致系统级电流波形谐波要低得多。


图字：48 V电池
整流器
48 V电池
54 V服务器，700 W
整流器
图3：有54 V DC配电和集成短期备份的高密度计算机架示意图。

服务器运营商可以充分利用现有400 V/480 V三相AC至48 V DC设备的规模经济，这些设备已在电信和其他48 V应用中广泛使用。一个典型10 kW单元仅需2U（89 mm）的机架高度，即可提供≥97％的转换效率和＜5％的总谐波失真。相比之下，400 V/480 V三相到12 V整流器是不实用的，因为它有非常高的电流输出。

导通损耗和导线尺寸的实际限制限制了电力可以经济地传输（基于12 V机架的系统）达到约5kW的距离。使用相同输电基础架构的48 V配电可以提供20 kW——足以从一个三相整流器为整个服务器机架供电。

消除了机架中单相AC的DC配电战略还简化了电池备份的实现：电池组不需要通过一台UPS逆变器来升频转换（up convert），进而驱动AC-DC转换器。相反，48 V备用电池可以通过一个管理转换、电池充电、电池监测和状态报告的最小控制界面来驱动IT负载。

日益转向48 V配电要求系统设计人员重新思考自己的板电源（board-power）策略。有几个可以考虑的选项，不过也有一些比12 V设计使用的选项更简单和尺寸更小。一个例子是Vicor的符合48 V英特尔VR12.5标准的参考设计，它可以消除一个中间转换级。Vicor的方法避免了多相位转换拓扑结构，从而减少了元件数量，并有助于在流行的36-60 V电信电压范围实现直接连接电源（包括备份）。元件数量的减少和更小的储能要求允许设计人员让电源传送电路（power train）更靠近处理器，进而降低与PCB走线长度大致成正比的损耗和寄生电感。

对于处理器和内存之外的板上负载，单级降压预计将实现整个服务器板的48 V配电。随着越来越高的功率密度需求，散热设计成为了一个日益受到关注的问题。封装技术，如Vicor的转换器级封装（Converter housed in Package，ChiP）平台兼容了双面冷却，可以简化热-机械设计。

总体而言，48 V配电设计比12 V方案使用材料的更少。其机架级材料清单更短，需要的铜更少。利用Vicor的符合48 V英特尔VR12.5标准的解决方案，也避免了使用电解电容。净效应是更高的可靠性、更好的可扩展性和更高的功率密度。

今天，服务器群的电力需求从早年的1 kW/机架增加到了20 kW。数据流量趋势正在加速，预计在不久的将来需求将达到30 kW/机架。

在一段距离上的电流幅值和功率传递的实际限制迫使人们安装高密度服务器，从12 V配电转向48 V设计。这种转变带来的是12 V系统无法提供的好处。

当板上转换器直接以48 V运行时，48 V电源特别具有吸引力。这些拓扑结构可以减少元件数量、能量储存和损耗，同时提高可靠性。诸如ChiP的新的封装技术允许双面冷却并简化散热设计。

48 V DC配电提供了一个可以随预见的服务器部署规模提升的高功率密度。

参考文献：
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2. Cisco Visual Networking Index： Forecast and Methodology, 2012-2017, Cisco Systems, May 2013.
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4. Surge in video will drive global data traffic to more than 60,000 Petabytes in 2016, ABIresearch, May 10, 2011.
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6. The cost of Harmonic Losses and mitigations in distribution systems, 18th International Conference on
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