數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)

國(guó)際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)指出，2023年NVIDIA芯片的電力消耗已達(dá)7.3TWh，預(yù)估至2026年，這一數(shù)字將飆升至2023年的十倍。相較于傳統(tǒng)服務(wù)器電源96%的轉(zhuǎn)換效率，AI服務(wù)器電源需達(dá)到97.5%-98%的高標(biāo)準(zhǔn)，以降低能量損耗并支撐更高功率密度的GPU。

AI模型與GPU技術(shù)的迭代促使AI服務(wù)器電源的功率密度不斷提升。以H100服務(wù)器機(jī)架為例，10.2kW的功率需要配備19.8kW的電源。NVL72機(jī)架的120kW功率則要求198kW的電源模塊。AI服務(wù)器電源的功率密度可達(dá)100W/in3，遠(yuǎn)超普通服務(wù)器電源的50W/in3。

數(shù)據(jù)中心三級(jí)電源轉(zhuǎn)換

圖源：MPEL

UPS

即不間斷電源（Uninterruptible Power Supply）是一種含有儲(chǔ)能裝置的不間斷電源。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電。當(dāng)市電意外中斷時(shí)，UPS立即將電池的直流電能，通過(guò)逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)電能，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受電網(wǎng)波動(dòng)而造成損壞。

AC/DC（powershelf）轉(zhuǎn)換器

將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為適合服務(wù)器使用的50V直流電。AC/DC電源模塊包含電源模塊（PSU）和電源管理控制器（PMC）。

PSU（電源供應(yīng)單元）：PSU負(fù)責(zé)將來(lái)自電網(wǎng)的交流電（AC）轉(zhuǎn)換為伺服器電子組件所需的直流電（DC）。PSU的效率很關(guān)鍵，它會(huì)直接影響整體的能源消耗和散熱需求，高效的PSU可以延長(zhǎng)DC電源的壽命，并降低因?yàn)殡娫磫?wèn)題導(dǎo)致的服務(wù)器停機(jī)時(shí)間。

PMC（電源管理控制器）：用于管理和優(yōu)化服務(wù)器電源的控制器。PMC通過(guò)監(jiān)控和調(diào)整服務(wù)器電源的供應(yīng)和消耗來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的電源管理，以提高服務(wù)器的能效和性能。

DC/DC轉(zhuǎn)換器

進(jìn)一步將50V直流電降至芯片可接受的12V、5V、3V3和0.8V等，DC/DC電源的難點(diǎn)在于如何盡可能降低板路損耗。因?yàn)椴捎?nm甚至更先進(jìn)的制程的CPU或者GPU，核電壓通常采用1V或0.8V的額定電壓供電，供電電流往往超過(guò)1000A，高電流使主板損耗大量熱量。因此DC/DC轉(zhuǎn)換器最近的技術(shù)趨勢(shì)是供電模式會(huì)從原本水平供電，走向“背后供電”。即原本的電源模組圍繞在GPU晶片的周?chē)?，為了縮短距離，電源模組改放到芯片正下方來(lái)供電，距離縮短成僅是PCB板的厚度，從數(shù)十mm縮短至1、2mm。

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