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你的云变“绿”了!

Diwakar Vishakhadatta/Intersil产品开发副总裁?? 2015年09月15日 ?? 收藏0
宽带和智能型手机革命显著改变了我们在工作和生活中消费信息以及与信息互动的方式,储存及运算服务器,亦即通常所称的"云端",日益成为大多数主流应用程序的运作平台。它们使用快速因特网连结和极其强大的资源来整合和处理分布广泛的资料,以及快速响应用户的请求。

这对客户承诺了实时、永不断线的响应,无所不在的连结以及显著降低资本投资等便利;无论是对Netflix、Facebook和Siri等消费性应用,还是作为物联网(IoT)基础的工业"机器对机器"(M2M)活动,或是对企业解决方案——如SAP和SalesForce.com,云端服务器都是我们日常活动不可或缺的一部分。

“云端”的成长

受这些因素推动,服务器容量以不同寻常的速度增加;据估计,云端运算市场规模已从2006年的基本为0——时值亚马逊(Amazon)推出Amazon Web Services(AWS)平台——增加到2014年的580亿美元。

市场研究机构Forrester Research预测,公有云市场规模(不包括来自Amazon、Google和其他公司的专属数据中心),可望在十年内达到1,910亿美元。相较之下,世界半导体贸易统计组织(WSTS)预测整个半导体产业的2014年全球销售额会达到3,330亿美元。图1显示了Amazon的资本支出(主要受其数据中心运算能力成长的推动)。

图1:由于云端服务的成长,Amazon等公司在运算设备上的支出都呈现指数增加。
图1:由于云端服务的成长,Amazon等公司在运算设备上的支出都呈现指数增加。

云端运算收入包括由于技术成熟和竞争加剧所导致的降价效应;更令人惊讶的是,云端在原始运算能力领域的成长。据估计,领先的云端服务供货商AWS已在全球布署了超过280万台服务器。

在架构上,服务器也出现了显著的进化,转向超大规模和多线程结构;处理器核心的原始吞吐量也得到显著改进。更多的设计技术,例如能够动态地改变频率速度、 供电电压以及改变同时运作的核心数量等,都有助于实现对运算负载更好的动态响应。不过,这也显著增加了对电源功率输出要求的复杂性。

不断增加的耗电量

与上述进展联系最密切的是这些服务器消耗的电能:由于服务器数量的迅速增加,其能耗也随之急遽攀升。要取得准确的公司耗电量数据并不容易,但我们知道,设计输入功率为3MW的一个典型数据中心,可托管超过8,000台服务器。

据Google估计,在2011年,单是其数据中心就需要约260MW的连续输入功率,相当于一座最先进核电厂输出功率的25%左右。为纾缓电力传输挑战,绝大多数的全球数据中心都靠近能提供大量电力的地方,如美国哥伦比亚河水电站系统。

根据2010年的全球估计数字,数据中心使用了全球耗电量的1~1.5%,相当于巴西全国的总耗电量。在美国,数据中心使用了全国总耗电量的近2%,相当于 纽泽西州的总耗电量。基本上,数据中心到2010年底为美国整体电网增加了一整个纽泽西州的耗电量,而且此负荷还在持续增加。

这 一大规模的耗电量成长具有重大的经济影响。虽然处理器核心可提供更大的处理能力───遵循摩尔定律并进行架构改进──其工作电压表现却没能够快速跟上,以 降低总耗电量。数据中心主要以两种方式使用电力:首先提供计算机需要的电能,其次对其进行充分冷却,使系统保持在其正常工作温度范围内。

因此,电源效率的小幅提升对系统性能就有杠杆化的有利影响;除了减少电费开支,高效的电力输送还能在既定预算下增加数据中心容量——有鉴于装机容量继续以双位数的年成长率稳步成长,所以这是一个非常重要的考虑。

电源分配

最先进的数据中心电源分配由一系列的步降电压和随后的负载点电力输送组成;原始效率是最大的挑战,但电源系统还能透过一些不同的方式提升能力,以帮助降低能耗。

图2:典型的多相位电源系统
图2:典型的多相位电源系统

多相位运作

最 新一代基础设施电源转换器支持多相位运作,并从轻负载到峰值负载保持以接近峰值效率的情况进行电源输送;它们透过并联多个电源输送相来达到接近峰值效率, 控制器根据电源消耗要求来调节这些相位。图2显示了一个典型的多相位系统,其中稳压器负责调节每个电感,以提供可变的电流值;多相位运作弥补了单相位转换 器的一个重要缺点,亦即效率在额定负载下达到峰值,但在极高负载时下降。图3显示了多相系统如何智能地根据负载选择相位数目。在很大工作范围下使效率曲线 平坦化,免除了数据中心规划师针对典型和最大工作负载进行选择性优化的任务。

图3:多相位电力稳压器在宽工作范围内使电源效率最大化
图3:多相位电力稳压器在宽工作范围内使电源效率最大化

并联电源通道:

将处理器核心分成"电源孤岛"可使系统的构成部分能够在其不使用时断电;电源输送系统现在能符合提供多个同时输送轨的需要。

沟通:

现 今的处理器核心是透过数据总线──通常是电源管理总线(PMBus)──将预期所需的电源电压传达给电源转换器。负载变化可能是投入使用的额外处理器 核心、处理器频率速度的变化,或者对软件正在处理一个特别密集指令序列之认知的函数。藉由对预期负载的洞察,控制器能够根据负载曲线得到最大化的效率。管 理持续时间与能耗水平的能力,为服务提供商带来了另一个重要优势:它们能使用系统活动的持续时间和密集度来计算每个处理任务的负担。

有环保概念的“云”

新一代的"云端"有绿色环保的特性,虽然消耗大量能源,但将云端运算任务有效整合(利用某些前所未有的强大运算系统),能使得其能源消耗量低于以离散计算机系统执行同样任务所需的总能源消耗量。数据中心不断发展的电源输送需求,也为半导体制造商提供了进行创新和创造新突破的大量机会。

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云端? 服务器? 电源?

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