傳統(tǒng)固定電壓配電的做法已無法滿足數(shù)據(jù)大爆炸時(shí)代的系統(tǒng)所需。全新配電架構(gòu)與控制技術(shù)的問世，使得轉(zhuǎn)換器可以配合負(fù)載條件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓，維持在最佳效率。藉由這項(xiàng)技術(shù)，數(shù)據(jù)中心的耗電量可以大幅改善，不僅省下維運(yùn)成本，也有益于環(huán)保。

萬物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Everything, IoE)使得數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)存要承受更大壓力。相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施不可避免的增長，消耗了更多電力，使得各種云端服務(wù)的能源效率日益受到注目。任何能夠節(jié)約能源的措施，包括這些數(shù)據(jù)中心中許多服務(wù)器的電源效率提升，不僅可協(xié)助營運(yùn)商降低成本，并有益于環(huán)境保護(hù)。電源領(lǐng)域中各先進(jìn)企業(yè)攜手合作，結(jié)合彼此的獨(dú)特經(jīng)驗(yàn)，能夠促進(jìn)產(chǎn)業(yè)繼續(xù)往前發(fā)展。

迫在眉睫的資料大爆炸
根據(jù)思科(Cisco)的估計(jì)，零售業(yè)、工業(yè)、礦業(yè)等產(chǎn)業(yè)都會(huì)產(chǎn)生非常驚人的數(shù)據(jù)量。
一所大型商店每小時(shí)收集到的資料量可達(dá)10GB，且其中1GB數(shù)據(jù)還須進(jìn)一步傳送到數(shù)據(jù)中心。工業(yè)生產(chǎn)線所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)數(shù)量更大，例如自動(dòng)制造工廠每小時(shí)可產(chǎn)生1TB數(shù)據(jù)量，而大型采礦作業(yè)每小時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更可以輕易超過100TB。

由于連接的「物品(Thing)」大量增加，比如實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施管理和商業(yè)/住宅不動(dòng)產(chǎn)安全應(yīng)用的傳感器和控制裝置，名副其實(shí)的數(shù)據(jù)大爆炸已迫在眉睫。

事實(shí)上，連續(xù)擷取數(shù)據(jù)只是很簡單的工作，將其轉(zhuǎn)化為有用的信息才是真正的重頭戲，云端服務(wù)就是關(guān)鍵所在。數(shù)據(jù)中心是云端服務(wù)的中心，雖然它們的處理和儲(chǔ)存能力因技術(shù)進(jìn)步而不斷提升，但其耗電問題也越來越受到大眾關(guān)注。

在通常為期三年的服務(wù)器壽命期間，電費(fèi)往往會(huì)比購買服務(wù)器的成本還高。除此之外，還要考慮到維護(hù)所有電子設(shè)備安全運(yùn)作溫度的冷卻能源成本。這解釋了為何目前興建數(shù)據(jù)中心的主要趨勢是座落在較冷的氣候環(huán)境中，甚至海底，并且要靠近豐富的可再生能源，比如水力發(fā)電廠。

為節(jié)省冷卻費(fèi)用，有些硬件業(yè)者正試圖提高設(shè)備可容忍的運(yùn)行溫度。不過，營運(yùn)商則是考慮提升數(shù)據(jù)中心設(shè)備的總體能源效率和降低直接能源消耗，以減少相關(guān)成本。

從電源以至系統(tǒng)管理軟件，在服務(wù)器中的每個(gè)環(huán)節(jié)提高效率是十分重要的。除此之外，為滿足提高運(yùn)算能力的需求，峰值功耗持續(xù)增加，使得典型服務(wù)器主板的功耗從往日的數(shù)百W增加到今天的2kW或3kW，未來甚至可能達(dá)到5kW或更高。因此，服務(wù)器輕負(fù)載最低功耗和全負(fù)載功耗之間的差別正不斷擴(kuò)大。幸運(yùn)的是，配電架構(gòu)具有在所有運(yùn)作條件下維持最佳效率的實(shí)時(shí)適應(yīng)控制功能，因而變得更加靈活。

因應(yīng)新需要　供電架構(gòu)走向動(dòng)態(tài)調(diào)整
分布式電力結(jié)構(gòu)通常包括一個(gè)中間總線轉(zhuǎn)換器(Intermediate Bus Converter, IBC)，它可利用一個(gè)前端AC/DC轉(zhuǎn)換器，以48Vdc輸入電壓來運(yùn)作(圖1)。IBC可提供一12V的中間總線電壓，用以為低電壓的DC-DC負(fù)載點(diǎn)(POL)轉(zhuǎn)換器供電，這個(gè)轉(zhuǎn)換器的位置會(huì)靠近主板上的主要耗電組件，比如處理器、系統(tǒng)單芯片或FPGA器件。我們可以使用多個(gè)POL為核心、I/O和其他電壓軌供電。

圖1　傳統(tǒng)的固定分布式電源架構(gòu)較適合早期幾代的服務(wù)器

以往的IBC選擇48Vdc輸入和12V輸出電壓，是為了在典型服務(wù)器主板供電時(shí)，最大限度地減少下轉(zhuǎn)換的損耗和降低電流和距離比例；然而，現(xiàn)今的系統(tǒng)在核心電壓、耗電量和最大功率的改變，還有全負(fù)載和無負(fù)載功耗之間的差別，已不太適合利用固定電壓來維持最佳效率，而需要另一種可設(shè)置不同電壓，且具實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)改變的能力，以便實(shí)現(xiàn)最佳效率。

PMBus是一種產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于在前端利用先進(jìn)總線與可數(shù)字控制的電源進(jìn)行通訊，以及連接負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器(圖2)。只要監(jiān)控這些轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)，主機(jī)控制器便可以優(yōu)化輸入和輸出電壓，并發(fā)送指令來管理設(shè)備其他方面的運(yùn)作，比如啟用/關(guān)閉(Enable/Disable)、電壓余量、故障管理、排序、波升(Ramp-up)和跟蹤。

圖2　透過與PMBus兼容的轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行能源優(yōu)化

由PMBus所實(shí)現(xiàn)的可控制性，可以讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師為日益趨向軟件定義、且能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)以實(shí)現(xiàn)最佳效率的架構(gòu)供電。現(xiàn)今一些功能最強(qiáng)大的效率優(yōu)化技術(shù)包括動(dòng)態(tài)總線電壓(DBV)、適應(yīng)控制電壓調(diào)節(jié)(AVS)，以及依據(jù)需求進(jìn)行多核啟動(dòng)(Multicore Activation On Demand)。

DBV：
DBV提供一種方法，可動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)中間總線電壓，以配合主要的負(fù)載條件。在較高水平的服務(wù)器功率需求方面，PMBus指令可控制來自IBC的較高輸出電壓，從而降低輸出電流，將配電損耗降到最低。

AVS：
領(lǐng)先的高性能微處理器會(huì)采用AVS技術(shù)來優(yōu)化電源電壓和時(shí)鐘頻率，以確保始終以盡可能低的功耗來滿足處理需求，這還可自動(dòng)補(bǔ)償硅制程變化的影響和運(yùn)作溫度的改變。為了支持TVS，業(yè)界最近修改了PMBus規(guī)范來定義AVSBus，讓POL轉(zhuǎn)換器可以響應(yīng)由處理器發(fā)出的AVS請求。

多核啟動(dòng)：
依據(jù)需求進(jìn)行多核啟動(dòng)的特性，能夠?qū)Χ嗪颂幚砥髦械膫€(gè)別核心進(jìn)行啟動(dòng)或斷電，以配合負(fù)載的變化。在低處理負(fù)載時(shí)停用未使用的核心，顯然有助于節(jié)省寶貴的能源。

只要持續(xù)地優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換架構(gòu)和總線電壓，便可在每一個(gè)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。在包括93%運(yùn)作IBC和88%運(yùn)作POL的電源中，縱使每級中僅1%的改善，就能夠?qū)⑤斎牍β实膿p耗從18.1%降低至16.3%，這不僅代表功耗減少了10%，還減輕了數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的負(fù)載，以獲得額外的節(jié)能效益。因此，任何看似微小的效率改進(jìn)，都能節(jié)省非常可觀的電力。

能源效率將成物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)
第一批適應(yīng)控制功能，象征著軟件定義電源架構(gòu)的面世，預(yù)期更多附加甚至更強(qiáng)大的技術(shù)將會(huì)紛紛出現(xiàn)，許多供貨商也會(huì)陸續(xù)推出各種可數(shù)字控制且與PMBus兼容的IBC和POL電源。為支持那些須要克服IoT挑戰(zhàn)的電源設(shè)計(jì)，PMBus是十分重要的。然而，還有一些問題尚待解決，比如電源之間的「即插即用」兼容性，這些電源所提供的規(guī)范看來相似，但在接收到相同的PMBus指令時(shí)，卻有著不同的表現(xiàn)。

現(xiàn)代電源架構(gòu)(Architects of Modern Power, AMP)集團(tuán)借著設(shè)定IBC和POL電源的可互用性標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字控制的發(fā)展。這包括了PMBus指令解釋的標(biāo)準(zhǔn)化，以確保所有符合AMP Group標(biāo)準(zhǔn)的電源會(huì)以相同的方式運(yùn)作。

在消費(fèi)者需求的推動(dòng)之下，我們正快速地走向萬物聯(lián)網(wǎng)，而工商界對云數(shù)據(jù)服務(wù)的依賴性越來越高，因此所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)必須快速地傳送和處理，以提供有用的信息，然后儲(chǔ)存以備未來參考之用。

隨著市場對云數(shù)據(jù)中心的需求增加，能效正逐漸成為控制營運(yùn)成本的重要因素。在主板級，隨著負(fù)載情況改變而調(diào)節(jié)總線電壓，可以降低功率轉(zhuǎn)換期間的能耗。PMBus兼容的轉(zhuǎn)換器可以利用建基于軟件的實(shí)時(shí)控制，以節(jié)省寶貴的能源。

在系統(tǒng)級上，隨著容量需求不斷攀升，結(jié)合經(jīng)優(yōu)化的硬件和軟件，將可大幅改善數(shù)據(jù)中心的用電情況。