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減少數據中心所需的能源已成為當務之急。根據勞倫斯伯克利國家實驗室2009年的報告，現在數據中心的電力消耗大約相當于美國總能源消耗的2.5％。隨著移動互聯網、云計算，以及其它技術的日趨成熟，電力消耗將會繼續攀升。根據2009年VMWare公司的報告，截至2009年，數據中心每年的能耗上升了大約12％。僅在美國，每年的總電力成本已接近34億美元。因此，減少電力消耗的戰略、管理能力，以及促進環境保護的責任已成為一個重要目標。 根據 2009年的麥肯錫公司的報告，每年數據中心服務器數量的增長約為10％，因此這些戰略至關重要。新一代的服務器既復雜，又是潛在的耗電大戶。例如，現在一臺典型服務器中DC-DC穩壓器的數量相當多，CPU核心電壓(Vcore)使用了5或6個相位穩壓器。總之，這些穩壓器可以在1V條件下提供高達 150A的峰值電流，或每個CPU 150W的功率。此外，存儲器電壓軌可能耗散25W至120W以上。其它電壓軌耗散比較小，每個在幾百毫瓦至5瓦不等。但這些加在一起就相當可觀了。 企業和IP服務提供商的無線基站控制器或路由器等嵌入式應用帶來了服務器的增長，需要新的、高效的電源管理技術。一種解決方案是關閉數據中心多余的服務器電源，通過節約電力可以即時實現能源成本的節省。很明顯，較少的系統意味著更加省電，同時降低了運營成本。一臺低利用率的入門級服務器的本機工作負載會消耗50W的能量，每年約合600美元，而服務器托管的16個虛擬機的虛擬機工作負載只使用一小部分——5W的能量，每年的成本約合45美元。 服務器虛擬化可以因加載的減少而降低硬件的使用。另一種減少能耗的方法是從AC-DC轉到負載點(POL)增加電源鏈的輕負載效率。一臺典型的服務器長時間在加載點低效率運行。一臺典型的個人電腦同樣在大部分時間以相對較低的電能利用率工作。虛擬化軟件可以提高效率，通過確保每臺服務器運行在最大MIPS速率，從而最大限度地提高服務器集群的利用率。 通過執行數字內核控制器還可以進一步提高效率，這種電源管理技術是為移動和計算應用開發的，旨在提高輕負載效率。在這種情況下，CPU內核穩壓器能夠在滿負載超過100A到輕負載時以接近1A運行時實現超過90％的效率，或兩個數量級的效率。在數據中心中，這種高功率負載存在于核心CPU和服務器的密集內存，也存在于處理網絡數據流量的定制ASIC當中。 為了幫助控制功耗，像Intersil這樣的公司正在開發新的多相和負載點架構，以提高服務器的DC-DC效率。例如Intersil的VR12多相位穩壓器就是專門針對提高輕負載使用條件的效率而設計的。新開發的自動相位下降、二極管仿真模式和閾值柵極電壓等算法，可以在10％的負載條件下提高多達20％的效率——當使用率下降時，效率還將更高。效率可以維持超過兩個數量級，從幾安到接近100A。 還有其它一些新的集成功率級，如DrMOS，由于Ron數值較低，而且FET的寄生電容更小，它可以用較少的損失實現更高的開關頻率。至于其它電源軌，較新的穩壓器采用了便攜式系統技術，為提高效率提供了另一種手段，包括從PWM切換到PFM，以及用于較高開關速度和密度的集成的FET。需要考慮高功率的CPU、內存和ASIC電源軌——以及 FPGA、輔助模擬、I/O和備用電路等其它電壓軌的增加——這些架構總體效益可能非常顯著。 另一個提高效率的動力是為電源鏈增加智能。數字電源管理技術結合虛擬化有助于CPU將活動集中到數據中心服務器的子集，這樣大量閑置的服務器就很容易降低到低功耗狀態。數字電源還可以實現輸入和負載電流、電壓和功耗的監測，以及過電壓/過電流和過溫等診斷功能。這使得數據中心的系統控制器可以監測效率，并根據實時狀況進行調整。例如 Zilker Labs ZL2106數字電源管理IC提供了先進的算法，可以適應不同負載情況下的轉換，并將信息返回到主機。數字電源轉換器可以用于通信基礎設施系統，因為這里的關鍵要求是高性能的轉換和電源管理。 憑借這些產品和技術能力，就可以應對降低數據中心能源消耗和優化電源使用的挑戰，即使數據中心和每個中心的服務器數量還在不斷增加。 作者：Peter Oaklander 高級副總裁 Intersil公司 |
