数据中心提供重大创新机会和创造新突破机会

云中的电源效率很重要，尤其是在服务器数量以惊人的速度增长的情况下。

宽带和智能手机革命极大地改变了我们在职业和私人生活中消费和与信息互动的方式。存储和计算服务器，俗称“云”，越来越多地托管大多数主要应用程序。他们使用快速的 Internet 连接和强大的资源来整合和处理广泛的数据并快速响应用户。

这种范式有望为客户提供即时且始终在线的响应、无处不在的访问和较低的资本投资。云服务器是我们日常活动中不可或缺的一部分，无论是用于 Netflix、Facebook 或 Siri 等消费者应用程序，还是作为物联网 （IoT） 基础的工业机器对机器 （M2M） 活动，或企业解决方案，例如 SAP 和 SalesForce。

在这些力量的推动下，服务器容量以惊人的速度增长。据估计，云计算已从 2006 年（亚马逊推出其亚马逊网络服务 （AWS） 平台）的基本零增长到 2014 年 580 亿美元的市场。根据 Forrester Research 的数据，公共云市场（不包括亚马逊的专属数据中心，谷歌等）预计到本世纪末将达到 1910 亿美元。相比之下，WSTS 预测整个半导体行业在 2014 年的全球销售额将达到 3330 亿美元。

云计算收入包括随着技术成熟和竞争加剧而降低价格的影响。更令人惊奇的是云计算在原始计算能力方面的增长。据估计，领先的云服务提供商 AWS 在全球部署了超过 280 万台服务器。

在架构上，服务器也通过转向超大规模和多线程结构而发生了显着变化，处理器内核显着提高了其原始吞吐量。其他设计技术，例如能够动态更改时钟速度、供电电压以及改变同时运行的内核数量，都能够对计算负载要求做出更大的动态响应。尽管如此，它们也大大增加了供电要求的复杂性。

消费增长

最相关的是这些数据中心消耗的电能；随着服务器的安装基数迅速增加，它们的能源消耗也在增加。获得准确的公司编号很困难，但一个典型的数据中心设计为消耗 3 兆瓦的电力，拥有超过 8000 台服务器。谷歌在 2011 年估计，仅其数据中心就持续消耗约 260 兆瓦的电力，约占最先进核电站输出的 25%。为缓解电力传输挑战，全球绝大多数数据中心都位于哥伦比亚河水力发电系统等大型电源附近。

全球 2010 年的估计表明，数据中心使用了全球 1% 到 1.5% 的电力消耗，相当于巴西的总消耗量。在美国，数据中心的用电量接近该国总用电量的 2%，相当于新泽西的总用电量。从本质上讲，数据中心在 2010 年底之前为美国电网增加了另一个新泽西州，并且负载继续增长。

这种巨大的电力消耗增长对经济产生了重大影响。虽然处理器内核可能会提供更大的处理能力，但由于它们遵循摩尔定律和架构改进，它们的电压还没有足够快地扩展以降低整体功耗。

数据中心主要以两种方式使用电力：为计算机提供所需的能量并充分冷却它们，使系统保持在其运行范围内。因此，电力输送的微小改进对利润产生了有利的影响。除了减少电费外，高效的电力输送还可以在给定的预算下增加数据中心的容量。这是一个重要的考虑因素，因为装机容量继续保持着两位数的年增长率。

电力调配

最先进的数据中心配电由一系列降压电压和负载点供电组成。原始效率是最大的挑战，但电力系统还可以通过几种不同的方式增加功能以降低能耗。

最新一代的基础设施电源转换器支持多相操作，并将从轻负载到峰值负载的功率保持在接近峰值的效率。它们通过并行化多个功率传输阶段来实现接近峰值的效率，控制器根据功率消耗要求对其进行调制。图 1 显示了一个典型的多相系统，其中稳压器调制每个电感器以提供可变数量的电流。

图 1：典型的多相电力系统。

多相操作改善了单相转换器的一个主要缺点，即效率在标称负载时达到峰值，但在高负载时会下降。图 2 显示了多相系统如何根据负载智能选择相数。在更大的运行范围内拉平效率曲线，使数据中心规划人员无需在针对典型工作负载和最大工作负载进行优化之间进行选择。

图 2：多相电源稳压器可在较宽的工作范围内最大限度地提高电源效率。

将处理器内核划分为“电源岛”可以使系统的某些部分在不使用时关闭。供电系统现在可以满足提供多个同步轨的需要。

今天的处理器内核通过数字总线（通常是 PMBus）将预期的功率容量传达给电源转换器。负载的变化可能是其他内核上线、处理器时钟速度变化或软件正在处理特别密集的序列的功能。通过深入了解预期负载，控制器可以最大限度地提高整个负载曲线的效率。管理能源消耗的持续时间和水平的能力为服务提供商提供了另一大优势：他们可以使用系统活动的持续时间和强度来计算每个流程的账单。

绿色衬里

这片“云”有一层绿色的衬里。即使它使用大量能源，云中计算任务的有效整合——它采用了一些有史以来最强大的计算系统——仍然有望降低跨离散任务执行任务所需的总能量系统。数据中心不断变化的电力输送需求为半导体制造商提供了重大的创新机会和创造新突破的机会。

审核编辑：郭婷