Современные центры обработки данных похожи на города, которые никогда не спят, и их потребность в энергии неуклонно растет. Высокоплотные вычисления требуют всё больше ресурсов — особенно для алгоритмов искусственного интеллекта и других сложных приложений.
Традиционно в серверных хозяйствах используется подача питания по схеме: преобразование входного переменного тока в 12 В постоянного, а затем распределение этого питания к серверам и другому IT-оборудованию в стойках.
Однако по мере роста вычислительных нагрузок такая схема становится всё менее эффективной. Преобразование входного тока сразу в 48 В позволяет повысить плотность мощности и сэкономить место, уменьшая количество силовых компонентов в стойке. Этот переход сопряжён с трудностями, так как модернизация существующей инфраструктуры может потребовать значительных изменений в кабельных системах и компонентах.
В ответ на возрастающую сложность и энергопотребление центров обработки данных в 2011 году был основан проект Open Compute Project® (OCP). Его цель — разработка энергоэффективных аппаратных решений, повышение эффективности вычислений и снижение экологического воздействия центров обработки данных. В рамках инициативы была создана серверная стойка стандарта OCP Open Rack Version 3 (ORv3), рассчитанная на питание от 48 В.
Почему 48 В лучше, чем 12 В?
По мере роста требований к производительности распределение питания внутри серверных стоек становится всё более сложной задачей.
Для 12-вольтовых систем есть практический предел эффективности. Пока энергопотребление стойки не превышает ~15 кВт, их КПД может достигать 80 %. Но при увеличении нагрузки, например до 36 кВт, эффективность падает примерно до 64 %. В то же время системы на 48 В позволяют удерживать КПД на уровне около 90 % даже при нагрузках выше 15 кВт.
Причина в том, что при четырёхкратном увеличении напряжения сила тока уменьшается в четыре раза. Меньший ток снижает тепловыделение и потери энергии, а также уменьшает потребность в меди для проводки. Кабели на 48 В существенно тоньше и занимают меньше места в стойке, что дополнительно повышает плотность размещения вычислительных модулей.
Таким образом, переход на распределение питания 48 В — это часть более широкой тенденции к повышению энергоэффективности и вычислительной плотности в современных центрах обработки данных.
Оптимизация плотности мощности и эффективности
Распределение питания в стойках обычно осуществляется через силовые полки, расположенные сверху. Они используют шинопроводы (busbar) — металлические проводники, через которые питание подается дальше по стойке.
Ключевой вызов здесь — снижение потерь при передаче энергии от шинопровода к кабелю и далее к плате. Ненадёжные контакты увеличивают сопротивление, что ведёт к дополнительным потерям и перегреву. Поэтому в новых архитектурах акцент делается на:
-
минимизацию сопротивления в точках соединения,
-
повышение надежности контактов,
-
уменьшение количества промежуточных элементов,
-
упрощение подключения и улучшение качества проводниковых материалов.
Такие инженерные подходы позволяют увеличить срок службы соединений, снизить вероятность отказов и улучшить общую эффективность распределения питания.
Будущее за 48 В
Переход с 12 В на 48 В может потребовать замены или модернизации части оборудования и кабелей. Но выгоды очевидны:
-
выше плотность вычислений на стойку,
-
меньше тепловых потерь,
-
экономия энергии и снижение эксплуатационных затрат,
-
экологические преимущества за счет уменьшения потребления электроэнергии.
Когда задача заключается в том, чтобы доставить питание к чипу максимально эффективно, именно 48 В становится предпочтительным выбором. По мере роста потребностей в высокопроизводительных вычислениях этот стандарт будет закрепляться как оптимальное решение для современных центров обработки данных.