伟创力中间总线转换器优化数据中心能源效率

随着AI、机器学习和更密集型云计算的兴起，现代数据中心正面临前所未有的能源需求。这些高耗电应用给CPU和GPU带来了巨大的压力，亟需创新的解决方案来平衡性能与能源效率。在本博客文章中，我们探讨了优化数据中心的配电策略，并特别指出中间总线转换器（IBC）是处理持续增加的电力负载同时又能维持系统效率的关键组件。

日益增长的能源挑战

AI和加密货币挖矿等新兴技术正在加速数据中心的能源消耗。根据国际能源署（IEA）的数据，2022年全球数据中心的用电量达到460太瓦时（TWh），到2026年可能会增加一倍以上。从一个更直观的视角来看，这些能源需求相当于整个日本的用电量。

这种快速增长凸显了对高效电力输送网络（PDN）的迫切需求。通过优化电源架构，数据中心可以实现环境可持续性并降低运行成本。

不断扩展的机柜功率

当前数据中心通常为每个机柜提供30-40 kW的功率，但随着CPU和GPU的性能越来越强大，将来的功率配置可能会超过200 kW。例如，英伟达的H100 AI加速器的热设计功耗（TDP）为700 W，而像Blackwell B200这样的下一代机型预计将达到1200 W。

处理这种级别的功率水平需要PDN应对诸多挑战，例如管理低电压下的高电流、将电压降和功率损耗降至最低以及实行高效的冷却方案等。

优化PDN涉及能源效率、功率密度、机架空间利用率和成本效益等多项指标。

为什么采用中间总线架构（IBA）？

鉴于直接进行高低压转换的效率之低下，数据中心越来越多地采用中间总线架构（IBA）。这种策略将DC/DC转换分为两个阶段，利用中间电压来提高整体效率。例如，以48V或52-54 V来配电相对于之前的12V可降低配电线上的电流水平并使电阻损耗降至最低。

在IBA系统中，由中间总线转换器（IBC）处理降低电压的第一阶段。这类转换器可以是隔离式也可以是非隔离式，不过就最新的技术进展而言，非隔离式是更好的选择。因为它们具有更高的功率密度，并能够降低板载DC/DC转换器的隔离要求，这是由于安全责任转移到了AC/DC供电单元（PSU）。

创新的IBC解决方案

现代IBC能够提供前所未有的功率密度和效率。例如Flex Power Modules的BMR316可以提供1 kW的连续功率和高达2.8 kW的峰值功率，而其封装尺寸比传统设计小80%。这种紧凑设计能够允许以AI算力为主的数据中心采用非隔离、非稳压的IBC来实现卓越的能源管理。

具有固定比率（如4:1或8:1）的IBC能针对特定的系统需求定制解决方案。例如，4:1比率可产生更高的功率密度和更好的热性能，而8:1比率更适合较低的输入/输出电压差，在效率与电流需求之间做出平衡。

先进冷却技术

随着数据中心功率密度的增加，传统的气冷技术已无法满足需求。液冷技术，比如JetCool等关联公司推出的直达芯片式冷却和浸入式冷却，正在获得关注。这些解决方案可确保高效散热，这对于处理紧凑且高功率组件的热负荷至关重要。

垂直供电（VPD）：改写游戏规则

垂直供电（VPD）将电压调节器模块（VRM）直接集成在CPU或GPU下方，以优化空间和性能。这种设计可最大限度地缩短连接长度、降低功率损耗并释放宝贵的PCB空间。只要将VPD与IBA系统结合使用，数据中心就能实现更高的效率和灵活性。

结论

数据中心在优化电力输送上面临复杂的挑战。选择合适的IBC解决方案取决于从电压水平到热管理等多个特定系统因素。考虑到电气、热和机械上的要求，全局式方案是实现理想的性能和效率平衡的关键。

对于需要做出这些决定的电力工程师们来说，Flex Power Designer等软件设计工具可以简化设计流程，并确保为现代数据中心的需求提供量身定制的解决方案。只要选对了电源架构，AI和云计算将会拥有强大而且可持续的未来远景。

关于 Flex Power Modules

Flex Power Modules 属于Flex 其中一个业务部，是可扩展DC/DC电源转换器的领先制造商和解决方案提供商，主要服务于数据处理、通信、工业和运输等市场。

Flex Power Modules使用数字技术的 DC/DC 转换器可提供隔离和非隔离解决方案，其强大的用户界面Flex Power Designer兼容 PMBus协议。