AI服務器電源作為高性能計算和數(shù)據中心的基礎設備，擔負著為服務器集群提供穩(wěn)定、高效電能供應的任務。
數(shù)據中心電源架構
國際能源署（IEA）的數(shù)據指出，2023年NVIDIA芯片的電力消耗已達7.3TWh，預估至2026年，這一數(shù)字將飆升至2023年的十倍。相較于傳統(tǒng)服務器電源96%的轉換效率，AI服務器電源需達到97.5%-98%的高標準，以降低能量損耗并支撐更高功率密度的GPU。
AI模型與GPU技術的迭代促使AI服務器電源的功率密度不斷提升。以H100服務器機架為例，10.2kW的功率需要配備19.8kW的電源。NVL72機架的120kW功率則要求198kW的電源模塊。AI服務器電源的功率密度可達100W/in3，遠超普通服務器電源的50W/in3。
GB200 NVL72AI服務器機架
圖源：Nvidia
隨著AI服務器功耗的快速提升，在OCP ORV3標準限制下服務器電源必須在保持效率不變的情況下通過提 升功率密度以滿足服務器的電源需求。在這個前提下，使用更好的材料、優(yōu)化電源拓撲結構、提升功率器件的集成密度是主要優(yōu)化途徑。
AI服務器電源電源架構分為UPS、AC/DC、DC/DC三層。高壓電從電網進入數(shù)據中心后，服務器電源供應器會先將交流電轉為直流電，并降壓到48V；接著主板上的DC/DC轉換器，再將電壓轉換成12V、5V、3V3和0.8V等。
數(shù)據中心三級電源轉換
圖源：MPEL
UPS
即不間斷電源（Uninterruptible Power Supply）是一種含有儲能裝置的不間斷電源。當市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺電穩(wěn)壓器，同時它還向機內電池充電。當市電意外中斷時，UPS立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續(xù)供應電能，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受電網波動而造成損壞。
AC/DC（powershelf）轉換器
將電網的交流電轉換為適合服務器使用的50V直流電。AC/DC電源模塊包含電源模塊（PSU）和電源管理控制器（PMC）。
PSU（電源供應單元）：PSU負責將來自電網的交流電（AC）轉換為伺服器電子組件所需的直流電（DC）。PSU的效率很關鍵，它會直接影響整體的能源消耗和散熱需求，高效的PSU可以延長DC電源的壽命，并降低因為電源問題導致的服務器停機時間。
PMC（電源管理控制器）：用于管理和優(yōu)化服務器電源的控制器。PMC通過監(jiān)控和調整服務器電源的供應和消耗來實現(xiàn)最佳的電源管理，以提高服務器的能效和性能。
DC/DC轉換器
進一步將50V直流電降至芯片可接受的12V、5V、3V3和0.8V等，DC/DC電源的難點在于如何盡可能降低板路損耗。因為采用7nm甚至更先進的制程的CPU或者GPU，核電壓通常采用1V或0.8V的額定電壓供電，供電電流往往超過1000A，高電流使主板損耗大量熱量。因此DC/DC轉換器最近的技術趨勢是供電模式會從原本水平供電，走向“背后供電”。即原本的電源模組圍繞在GPU晶片的周圍，為了縮短距離，電源模組改放到芯片正下方來供電，距離縮短成僅是PCB板的厚度，從數(shù)十mm縮短至1、2mm。
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