上一篇文章從10KV高壓供電一直介紹到機房PDU，其實按理說從PDU節(jié)點之后才算是我們服務器電源工程師需要重點關(guān)注的東西，因為PDU之前屬于電力電子或者說電氣工程師需要關(guān)注的強電領(lǐng)域，而傳統(tǒng)的服務器電源工程師工作內(nèi)容更傾向于弱電領(lǐng)域，也就是安全電壓以下的主板電源設(shè)計。但隨著技術(shù)的發(fā)展進步，服務器電源設(shè)計已經(jīng)不純粹集中于IT設(shè)備本身了，而是向上游拓展，需要把服務器和搭載它的機架作為一個整體去考慮設(shè)，這樣做的目的就是為了節(jié)能！最大程度降低服務器數(shù)據(jù)中心運行的能耗，降低數(shù)據(jù)中心PUE值以及服務器的SPUE值。
下面是傳統(tǒng)服務器機柜的一個示意圖，從UPS室分出的3相220V供電被引入IT機房，分別接到每一個整機柜的PDU。整機柜高度為標準的42U，可以擺放21臺2U服務器，每臺服務器功耗約700W。
圖5. 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機柜供電示意圖
IT負載最為最終的用電端，也是最為重要的一環(huán)。下面是傳統(tǒng)機架式服務器供電示意圖，服務器從機柜的PDU取220V交流電，接入機箱內(nèi)置的80 plus PSU，PSU將220V交流電轉(zhuǎn)換為12V（CRPS）直流輸出給主板，然后再通過主板上的DC-DC電源模塊降壓至5V、3.3V、1V等低壓給負載芯片供電。
圖6. 傳統(tǒng)機架式服務器供電示意圖
但從電網(wǎng)經(jīng)過機房級UPS、再經(jīng)過服務器級PSU，以及主板級VR降壓模塊的多級轉(zhuǎn)換，從電網(wǎng)到CPU和內(nèi)存的全路徑供電效率只有60%到70%左右，這意味著很大一部分能源都浪費在多級轉(zhuǎn)換上了，因此有必要精簡這一供電架構(gòu)并提升轉(zhuǎn)換效率。
為了降低設(shè)備投資成本并提高供電效率，現(xiàn)在大型互聯(lián)網(wǎng)公司的服務器較多采用了集中電源和風扇的整機柜服務器，比如一個傳統(tǒng)的40臺機架式服務器機柜需要配80個PSU電源模塊，但每個電源的負載率只有30%左右，這種情況下PSU的投資成本很高，且PSU 在較低負載下的運行效率都是很不好的。改采用整機柜服務器后可能只需要8個PSU，并且PSU的負載率提升到了60%到70%的較高效率點，無疑整機柜方式更為經(jīng)濟和高效，如下圖由集中式PSU 電源插框后的12V 供電母排給服務器主板來供電。但這種采用12V集中母排的整機柜架構(gòu)系統(tǒng)集成度很高，在碰到大功率高性能計算場合，12V 母排及主板上的低壓傳輸會帶來較多的傳輸損耗。
圖7. 服務器供電結(jié)構(gòu)演變示意圖
因此，很多互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心大佬們提出，采用48V 母線，可以大大降低母排的傳輸損耗，并可以將機柜的功率擴展到30KW 甚至更高，可以很好滿足未來的升級擴展需求。加上目前很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以直接支持48V 輸入的電源模塊，因此整機柜的TOR 交換機等可以直接從48V 母排來供電，甚至風扇墻也可以直接從48V 母排上供電，這樣可以直接通過48V 母線統(tǒng)一給機柜內(nèi)的IT 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS 電池以及機柜散熱風扇墻等幾乎所有部件供電，實現(xiàn)機柜內(nèi)供電歸一化，類似今天通信行業(yè)48V 電源系統(tǒng)一樣，可將IT 行業(yè)和CT 行業(yè)統(tǒng)一起來。
圖8. 新型數(shù)據(jù)中心機柜供電示意圖
上面圖中是目前比較新的一種整機柜供電架構(gòu)圖，由谷歌等互聯(lián)網(wǎng)公司提出。該架構(gòu)采用48V母排給整機柜供電，將蓄電池和PSU插框放置在機柜內(nèi)，省去了復雜的大型UPS設(shè)備，原來笨重的鉛酸鐵鋰蓄電池由48V鋰電池代替，，加上48V母線損耗比12V母線降低16倍左右，該機柜能夠提供更大功率（30KW左右）和更高效率的供配電方案。而48V進入主板后可以采用48V轉(zhuǎn)12V轉(zhuǎn)接板進行中間轉(zhuǎn)換（目前市面上采用的方法，可以兼容適配傳統(tǒng)12V服務器），或者直接采用48V轉(zhuǎn)1V、3.3V等低壓等級的電源模塊給主板IC負載供電（將來發(fā)展趨勢）。
圖9. 48V直接供電方案
總結(jié)一下，本文介紹了從萬伏高壓電網(wǎng)側(cè)經(jīng)過配電、變壓、合路等一系列環(huán)節(jié)到達數(shù)據(jù)中心，然后數(shù)據(jù)中心通過UPS蓄電池備電、AC-DC、DC-DC等一些列環(huán)節(jié)到達IT機房，在機房內(nèi)精密配電后通過PDU將電能傳輸給服務器等IT設(shè)備，服務器由PSU將220V交流電轉(zhuǎn)換為12V或48V直流給主板供電，最終經(jīng)過板級DCDC降壓至5V、3.3、1V等POL電源給IC負載供電。我個人做了個簡單總結(jié)，就是10KV高壓交流電進樓宇，380V（220V）低壓交流進機房，48V直流進機柜，最后12V直流進主板，當然將來也許會將380V/220V 交流電切換為270V/240V高壓直流供電，但基本思想不變。這就是本次星球號的文章更新，大家五一快樂！