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解读数据中心供电谷歌48V架构布局

2017年10月11日 13:43 次阅读

         谷歌在不断优化并精简其数据中心的供电架构,从最早的定制高效率PSU电源,去掉机房级UPS,将UPS搬到服务器主板上,提升供电效率并减少机房级UPS投资及损耗;随着服务器机柜功率不断增加,以及进一步降低能耗,谷歌转而采用了48V供电架构,在这个方向变化过程中,中间还过度有12V中间转换环节的阶段,直到2013年才实现了从电网到48V再到CPU的极致精简架构,去掉了机房级UPS,去掉了机柜级48V到12V的二次转换,并在服务器主板级实现了48V到CPU的单级变换,最后在2015年最后将铅酸电池替换成锂电池,最终实现了最新的48V整机柜架构。

  下图是在OCP峰会上google的48V机柜介绍资料

  解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  谷歌48V机柜的布局

  谷歌这个半柜高度48V供电整机柜的几个特点:

  1、采用48V供电POL架构比起传统的12V服务器架构降低了30%以上的能耗,大大降低了全球云数据中心的能耗;

  2、采用了定制的48V供电POL服务器,所有服务器供电均来自整机柜后侧的48V母线排,采用48V母线也可以支撑未来单机柜功率密度增加到50KW以上;

  3、将48V电源插框放到机柜顶部,将48V锂电池房到了机柜底部,估计是担心服务器温度影响电池寿命;

  4、采用了48V供电的TOR交换机,由两个较小的48V电源给交换机供电,其实可以不用单独配置;

  5、POL服务器采用了混搭的方式,部分可能为CPU节点,GPU节点,或者存储节点等任何配置;

  6、2U不到高度的PSU插框里边有8个48V的插槽,安装了6个PSU电源模块,考虑5用1备以及UPS充电功率,参考行业典型的3KW高效率电源模块,估计半机柜负荷大约在12到14KW的峰值功率,整个机柜的话两套UPS的功率将翻倍。

  7、48V的UPS电池也是模块化设计,可以根据IT功率以及备电时间来选择需要的模块电池数量,上图目视满配可以支持多达10个电池包。

  8、谷歌已经大规模使用这个技术好几年了,技术上非常成熟,效率很高,成本也得到很大降低。

  解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  谷歌贡献给OCP的48V供电机柜

  谷歌贡献给OCP的48V机柜的几个特点:

  1、21英寸的内宽,可以支持各种类型的服务器,但可能在机柜深度方面比通用OCP的柜子更短,以便在数据中心内可以安装更多机柜列;

  2、可以安装在各种类型的数据中心内,满足各种用户和部署在全球各地的数据中心内使用;

  3、冷通道维护,前面两侧可安装网线,或者可选的48V直流PDU;

  4、48V UPS插框安装在机柜的中部,大约2U的高度为电源空间(不含电池),配置6个PSU模块,如果采用3KW的典型48V电源模块,则可以支撑最大15KW的机柜功率。

  5、由于采用了机柜内的UPS架构,机房级直接采用市电直供,由机柜顶部的母线排直接给整机柜供电,即插即用,供电架构非常简单和扁平,效率和成本较优。

  6、如果其他用户的服务器仍然采用12V输入的主板,那也可以通过在这个48V机柜内增加一个48V转12V的DCDC变换器来满足原有12V输入服务器。

  7、目前谷歌已经和facebook对这个新的机柜和48V UPS技术准备一个新的规格提交给OCP审批,给行业增加更多的选择。

  前面简单分析了该48V整机柜的特点,该整机柜自带48V锂电池BBU,不再需要机房级的UPS,配电结构非常精简,可以大大减低投资和系统能耗,下面我们做个48V整机柜架构和传统UPS供电架构的简单能效对比。

  采用传统的UPS供电架构,每台服务器自带PSU电源的传统系统如下图,从电网到12V服务器主板,大约有22%的能耗被浪费了,传统UPS架构下即便采用目前高效率的供电系统,市电到服务器的12V主板也会有6.4%的能耗浪费。

  解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  传统UPS供电架构下的供电能效

  而采用谷歌推荐的48V整机柜供电架构,不再需要UPS和复杂变配电单元,市电直接给到整机柜来供电,市电到服务器主板的典型损耗为7%,目前业界领先水平可以控制在4%以内的损耗。

  解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  传统48V整机柜供电架构下的供电能效

  因此两者对比下来,采用市电直供48V整机柜带BBU电池包的供电架构比采用传统UPS带12V PSU的机架式服务器供电架构,从电网到服务器主板典型的系统能节能量为15%。

  我们再看服务器主板到CPU的供电路径上,采用12V主板和48V主板能耗的对比,这里以数据中心所采用的典型Vicor公司产品为例来计算,分别比较机柜级PSU整流模块效率、12V和48V方案在服务器主板上的传输损耗,以及12V或者48V到CPU、RAM等的降压POL电源的综合效率。从AC-DC电源的输出端经过连接器,传输路径,再经过转换最后输送到处理器。对整体效率来说,传输路径上的损耗也不容忽视。下图是从AC到CPU的全路径状况。

  

解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  下图为google在OCP峰会上发布的效率对比。特别指出,在采用48V的供电架构,路径上的损耗将更进一步减少。

  

解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  从上表的参数我们可以计算得到,采用48V供电的总体损耗为7.9%,而采用12V传统架构的损耗为10.7%. 损耗减少超过30%。

  Vicor的48V架构称为FPA(Factorized Power Architecture),由两个部分构成。前端为采用升降压拓扑结构的预稳压模块(PRM),提供稳定的Vf母线电压,输出电压会根据负载的变化快速响应。后端为采用专利正弦幅值变换器(Sine amplitude converter)的电压变压模块(VTM),将Vf母线电压转换到负载点电压,其工作特性为理想变压器,可以将能量存储在高压侧电容,从而极大减少负载点的大电容。VTM采用零电压、零电流的软开关技术,工作频率高达2MHz以上,具有领先的功率密度,Intel实验室的测试表明,其噪声比传统的12V VR低一个数量级,因此可以放置在非常靠近CPU的地方,进一步减少电源输出端到CPU电源引脚间的功率损耗。

  

解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  

解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  采用AC-12V-1V的方案不管是PSU整流模块的效率,还是服务器主板上的传输损耗,以及降压POL电源的效率都低于采用AC-48V-1V的供电架构,采用12V母线架构下12KW整机柜仅在传输损耗上就达到了440W,占了将近4%的能耗。12KW的机柜在12V输出下电流高达1000A,因此即便1毫欧的传输阻抗都会带来1KW的能耗(当然也可以通过采用更大尺寸的铜排来降低传输阻抗,但会带来更大的体积以及更高的成本),而同样的负载功率下采用48V供电架构,电压提升了4倍,电流降低为原来的四分之一,传输损耗得到很大降低。

  下图可以看到传统的方案和Vicor FPA方案的一些简单对比情况。

  

解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  因此对于大功率的整机柜,如果仍采用12V的中间母线架构,会带来很大的传输损耗,如果单机柜功率在8KW以内,损耗的问题还不太明显,但如果机柜功率达到了12KW以上,这个传输损耗问题就会变得比较严重,而48V母线架构可以支持单机柜功率高达30KW以上,具有很好的未来扩展性并大大降低了传输损耗。

  

解读数据中心供电谷歌48V架构布局

  随着高性能计算,以及GPU等应用发展,未来的服务器功耗将不断增加,如果单机柜功率在10KW以下,12V母线还能勉强应对,但随着机柜功率的不断增加,12V母线带来的损耗,以及压降将成为难以承受之重,因此未来机柜内母线电压一定会往48V方向发展,特别是在HPC等高性能计算场合。

  随着谷歌公司宣布加入OCP,并且将其48V贡献给OCP的消息一经发布,马上有知名芯片厂商宣布对48V到POL负载点的支持,并且发布相应的芯片。这一消息已经极大促进了48V产业链的生态完整,表明在数据中心供电架构上在稳步朝着48V的方向前进。 我们已经看到有国内服务器厂商已经推出了关于48V直流输入的服务器验证机,相信随着谷歌加入OCP促进这个产业生态的发展,将来会有越来越多的服务器及网络设备等支持48V的整机柜生态。

  最后,我们将有可能在数据通讯领域看到如下的电源发展趋势。

  

解读数据中心供电谷歌48V架构布局

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ACAP 的核心是新一代的 FPGA 架构,基于Arm架构,结合了分布式存储器与硬件可编程的 DSP...

发表于 2018-03-22 10:43 428次阅读
Xilinx推出基于Arm架构的新型自适应AI产...

中央处理器性能怎么看

 cpu是计算机的核心,其重要性好比心脏对于人一样。实际上,处理器的作用和大脑更相似,因为它负责处理...

发表于 2018-03-21 14:49 133次阅读
中央处理器性能怎么看

中央处理器由什么组成_中央处理器分哪几种

CPU 包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

发表于 2018-03-21 14:29 149次阅读
中央处理器由什么组成_中央处理器分哪几种

中央处理器cpu性能排名

CPU是Central Processing Unit(中央处理器)的缩写,CPU一般由逻辑运算单元...

发表于 2018-03-21 13:55 338次阅读
中央处理器cpu性能排名

CPU的工作过程是怎样的你知道吗?

cpu根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段,指令被拆解为有意义的片段。根据cpu的指令...

发表于 2018-03-21 11:39 403次阅读
CPU的工作过程是怎样的你知道吗?

谷歌Nexus5X拆解:搭载高通骁龙808和指纹...

一直被誉为亲儿子的谷歌Nexus系列到已经是第七代了,分别由LG和华为代工的新一代两款手机:Nexu...

发表于 2018-03-21 08:50 2378次阅读
谷歌Nexus5X拆解:搭载高通骁龙808和指纹...

Android9.0重磅照片功能 只有旗舰机能用

从图中可以看到,比起比5寸屏以下的手机,屏幕在5.0至5.5寸以及大于5.5寸屏的手机消耗的数据流量...

发表于 2018-03-20 13:57 310次阅读
Android9.0重磅照片功能 只有旗舰机能用

谁可以开发直流降压12V-48V 转5V 1A

发表于 2018-03-20 10:07 211次阅读
谁可以开发直流降压12V-48V 转5V 1A

DC 12v-48v 转DC 5V 用什么芯片做比较好

发表于 2018-03-20 09:48 353次阅读
DC 12v-48v 转DC 5V 用什么芯片做比较好

Intel Xeon D-2100:边缘计算最佳...

边缘计算需要越来越强大的数据处理能力和分析能力。随着5G网络等新技术的崛起,终端的数量以及生成、消费...

发表于 2018-03-19 16:31 72次阅读
Intel Xeon D-2100:边缘计算最佳...

谷歌发布机器学习术语表(完整版)

一种特征,拥有一组离散的可能值。以某个名为 house style 的分类特征为例,该特征拥有一组离...

发表于 2018-03-19 16:30 618次阅读
谷歌发布机器学习术语表(完整版)

现如今的人工神经网络能有多好的表现?

如果神经网要完成这项任务,则需要专家经过多年研究以后进行精心的设计,才能解决一项专门的任务,比如发现...

发表于 2018-03-19 16:23 622次阅读
现如今的人工神经网络能有多好的表现?

在传统数据中心之外计算,英特尔至强D-2100处...

从越来越多的数据产生自网络边缘的那一刻起,意味着就近提供边缘智能服务的边缘计算将发挥巨大的作用。简单...

发表于 2018-03-19 16:21 94次阅读
在传统数据中心之外计算,英特尔至强D-2100处...

浅谈安卓9.0的几点变化

作为一次大版本的迭代,许多媒体也进行了体验,有许多让人印象深刻的新版本改变。 适配“刘海”全面屏 状...

发表于 2018-03-19 14:25 166次阅读
浅谈安卓9.0的几点变化

改变航线 苹果HomePod没打算加入语音助手

早在去年苹果一直就表示推出HomePod音箱,但是拖到2018年这款智能音箱才开始发售,但是Home...

发表于 2018-03-19 14:19 168次阅读
改变航线 苹果HomePod没打算加入语音助手

2018全球最强物联网公司榜单,这些公司你都听过...

IDG是全球著名的信息技术、电信行业和消费科技市场咨询、顾问和活动服务专业提供商,其下属的《NetW...

发表于 2018-03-19 10:04 1242次阅读
2018全球最强物联网公司榜单,这些公司你都听过...

AI芯片创企智能硬件公司SambaNova获谷歌...

谷歌母公司Alphabet下属有一家名为GV的风险投资部门,但GV从未投资制造人工智能(AI)处理器...

发表于 2018-03-18 11:37 49次阅读
AI芯片创企智能硬件公司SambaNova获谷歌...

亚马逊和谷歌大战升级,谁能成智能家居王者?

亚马逊则建立起了Alexa语音生态链,同时围绕Alexa生态,建立基金 Alexa Fund和加速器...

发表于 2018-03-18 10:54 844次阅读
亚马逊和谷歌大战升级,谁能成智能家居王者?

医疗AI领域竞争加剧_继谷歌之后又一巨头微软入局

近日,微软和阿波罗医院发表联合声明,表示双方将结成战略同盟,联手设计新的机器学习算法,用于预测心脏疾...

发表于 2018-03-17 11:50 445次阅读
医疗AI领域竞争加剧_继谷歌之后又一巨头微软入局

AR企业应用程序WorkbenchVR可提高装配...

CemtrexVR希望通过一个创新型企业AR应用程序,在制造业中获得重要的立足点。 该服务称为Wo...

发表于 2018-03-17 10:34 204次阅读
AR企业应用程序WorkbenchVR可提高装配...

CPU 的浮点运算能力比 GPU 差,为什么不提...

为什么 CPU 的浮点运算能力比 GPU 差,为什么不提高 CPU 的浮点运算能力?

发表于 2018-03-16 15:12 381次阅读
CPU 的浮点运算能力比 GPU 差,为什么不提...

晶圆如何变成cpu

本文开始介绍了晶圆的概念,其次阐述了CPU的工艺要素和和CPU生产流程,最后详细介绍了晶圆如何变成c...

发表于 2018-03-16 13:54 429次阅读
晶圆如何变成cpu

谷歌让AI预测NCAA篮球赛冠军,设置高额奖项

NCAA是美国千百所大学所参与结盟的一个协会,其目的是每年都将举办各种大学生体育盛会。本周一谷歌在博...

发表于 2018-03-16 12:03 229次阅读
谷歌让AI预测NCAA篮球赛冠军,设置高额奖项

Cora飞机能在未来几年推出空中的士服务

Uber 的“空中飞的”将设计成固定机翼,采用垂直起降(VTOL)的方式,以期减少直升机螺旋桨的噪音...

发表于 2018-03-16 09:13 576次阅读
Cora飞机能在未来几年推出空中的士服务

谷歌开发了一种名为NSynth Super的合成...

世界上的乐器种类繁多,但这还不够。谷歌开发了一种名为NSynth Super的合成器,利用机器学习能...

发表于 2018-03-15 17:00 505次阅读
谷歌开发了一种名为NSynth Super的合成...

智能音箱在国内火不起来的的主要原因有那些

在互联网业务领域,中国有自己的搜索引擎(百度)、电子商务平台(阿里巴巴)和流媒体视频服务(爱奇艺),...

发表于 2018-03-14 16:44 528次阅读
智能音箱在国内火不起来的的主要原因有那些

人工智能越来越成为引领未来的战略性技术

近两年来,人工智能越来越成为引领未来的战略性技术,世界主要发达国家已经把发展人工智能作为提升其国家竞...

发表于 2018-03-14 11:38 796次阅读
人工智能越来越成为引领未来的战略性技术

SMT的cpu是如何实现的?

发表于 2018-02-21 12:27 227次阅读
SMT的cpu是如何实现的?

咦!?怎么没有专门的计算机硬件设计的板块和cpu设计的板块?

发表于 2018-02-21 12:24 402次阅读
咦!?怎么没有专门的计算机硬件设计的板块和cpu设计的板块?

CPU如何操作内存

发表于 2018-02-07 10:54 468次阅读
CPU如何操作内存

国产CPU到底什么水平?让龙芯总裁胡伟武给你交交底

发表于 2018-02-01 08:20 656次阅读
国产CPU到底什么水平?让龙芯总裁胡伟武给你交交底

2017双11技术揭秘—千亿级流量来袭,如何用硬件加速技术为CPU减负?

发表于 2017-12-29 11:25 326次阅读
2017双11技术揭秘—千亿级流量来袭,如何用硬件加速技术为CPU减负?

【NanoPi NEO Plus2开发板试用体验】+8.获取cpu内部温度

发表于 2017-10-13 20:50 556次阅读
【NanoPi NEO Plus2开发板试用体验】+8.获取cpu内部温度

工厂加工定制直销主板连接器 CPU SOCKET PGA 478 ​​​​

发表于 2017-09-29 15:40 526次阅读
工厂加工定制直销主板连接器 CPU SOCKET PGA 478 ​​​​

紧抓AI“芯”未来 华为/高通/英特尔/英伟达/谷歌都干了啥?

发表于 2017-08-29 09:00 938次阅读
紧抓AI“芯”未来 华为/高通/英特尔/英伟达/谷歌都干了啥?