隨著AI、機器學習和更密集型云計算的興起，現代數據中心正面臨前所未有的能源需求。這些高耗電應用給CPU和GPU帶來了巨大的壓力，亟需創新的解決方案來平衡性能與能源效率。在本博客文章中，我們探討了優化數據中心的配電策略，并特別指出中間總線轉換器（IBC）是處理持續增加的電力負載同時又能維持系統效率的關鍵組件。

日益增長的能源挑戰

AI和加密貨幣挖礦等新興技術正在加速數據中心的能源消耗。根據國際能源署（IEA）的數據，2022年全球數據中心的用電量達到460太瓦時（TWh），到2026年可能會增加一倍以上。從一個更直觀的視角來看，這些能源需求相當于整個日本的用電量。

這種快速增長凸顯了對高效電力輸送網絡（PDN）的迫切需求。通過優化電源架構，數據中心可以實現環境可持續性并降低運行成本。

不斷擴展的機柜功率

當前數據中心通常為每個機柜提供30-40 kW的功率，但隨著CPU和GPU的性能越來越強大，將來的功率配置可能會超過200 kW。例如，英偉達的H100 AI加速器的熱設計功耗（TDP）為700 W，而像Blackwell B200這樣的下一代機型預計將達到1200 W。

處理這種級別的功率水平需要PDN應對諸多挑戰，例如管理低電壓下的高電流、將電壓降和功率損耗降至最低以及實行高效的冷卻方案等。

優化PDN涉及能源效率、功率密度、機架空間利用率和成本效益等多項指標。

為什么采用中間總線架構（IBA）？

鑒于直接進行高低壓轉換的效率之低下，數據中心越來越多地采用中間總線架構（IBA）。這種策略將DC/DC轉換分為兩個階段，利用中間電壓來提高整體效率。例如，以48V或52-54 V來配電相對于之前的12V可降低配電線上的電流水平并使電阻損耗降至最低。

在IBA系統中，由中間總線轉換器（IBC）處理降低電壓的第一階段。這類轉換器可以是隔離式也可以是非隔離式，不過就最新的技術進展而言，非隔離式是更好的選擇。因為它們具有更高的功率密度，并能夠降低板載DC/DC轉換器的隔離要求，這是由于安全責任轉移到了AC/DC供電單元（PSU）。

創新的IBC解決方案

現代IBC能夠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的連續功率和高達2.8 kW的峰值功率，而其封裝尺寸比傳統設計小80%。這種緊湊設計能夠允許以AI算力為主的數據中心采用非隔離、非穩壓的IBC來實現卓越的能源管理。

具有固定比率（如4:1或8:1）的IBC能針對特定的系統需求定制解決方案。例如，4:1比率可產生更高的功率密度和更好的熱性能，而8:1比率更適合較低的輸入/輸出電壓差，在效率與電流需求之間做出平衡。

先進冷卻技術

隨著數據中心功率密度的增加，傳統的氣冷技術已無法滿足需求。液冷技術，比如JetCool等關聯公司推出的直達芯片式冷卻和浸入式冷卻，正在獲得關注。這些解決方案可確保高效散熱，這對于處理緊湊且高功率組件的熱負荷至關重要。

垂直供電（VPD）：改寫游戲規則

垂直供電（VPD）將電壓調節器模塊（VRM）直接集成在CPU或GPU下方，以優化空間和性能。這種設計可最大限度地縮短連接長度、降低功率損耗并釋放寶貴的PCB空間。只要將VPD與IBA系統結合使用，數據中心就能實現更高的效率和靈活性。

結論

數據中心在優化電力輸送上面臨復雜的挑戰。選擇合適的IBC解決方案取決于從電壓水平到熱管理等多個特定系統因素。考慮到電氣、熱和機械上的要求，全局式方案是實現理想的性能和效率平衡的關鍵。

對于需要做出這些決定的電力工程師們來說，Flex Power Designer等軟件設計工具可以簡化設計流程，并確保為現代數據中心的需求提供量身定制的解決方案。只要選對了電源架構，AI和云計算將會擁有強大而且可持續的未來遠景。

關于 Flex Power Modules

Flex Power Modules屬于Flex 其中一個業務部，是可擴展DC/DC電源轉換器的領先制造商和解決方案提供商，主要服務于數據處理、通信、工業和運輸等市場。

Flex Power Modules使用數字技術的 DC/DC 轉換器可提供隔離和非隔離解決方案，其強大的用戶界面Flex Power Designer兼容PMBus協議。