對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)供電的探討研究

1、對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)供電的探討研究wvv jisuanjilunwcn. net2013 年 12 月 3 日 15:48:46【導(dǎo)讀】超級(jí)計(jì)算機(jī)具有的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力為人類(lèi)社會(huì)認(rèn)識(shí)和改造自然界 的發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)帶來(lái)了前所未有的幫助，大型數(shù)據(jù)屮心近年來(lái)在世界各地迅速增 加。然而，人們?cè)谠絹?lái)越廣泛地應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn),超級(jí)計(jì)算機(jī)在給人類(lèi)“造 ?！钡耐瑫r(shí)也在大量消耗著人類(lèi)社會(huì)寶貴的能源。廿前，不僅使用單位迫切地希 望能夠降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電能消耗，而且世界上許多國(guó)家都對(duì)計(jì)算機(jī)耗能問(wèn)題給 予了關(guān)注，green500國(guó)際組織還對(duì)進(jìn)入supercom一put er top 500排名的超級(jí) 計(jì)算機(jī)按能效比（計(jì)算機(jī)

2、處理能力與耗電量z比）的高低重新排列名次。因此，捉 高供電效率、降低系統(tǒng)能耗已成為超級(jí)計(jì)算機(jī)電源設(shè)計(jì)者追求的主要冃標(biāo)z。1超級(jí)計(jì)算機(jī)現(xiàn)有供屯方式1.1超級(jí)計(jì)算機(jī)供電的特殊性。目前，超級(jí)計(jì)算機(jī)的主要輸入能源是220v/380v交流電，給內(nèi)部數(shù)拯處理芯 片供電的電壓是0. 75v5v直流電（其中主要供電電壓在0. 9v2. 5v z間）,在 從220v/380v交流電變換到低壓直流電的過(guò)程中通常要損耗四分z左右的電 能。電源變換過(guò)程屮的電能損耗與超級(jí)計(jì)算機(jī)的供電方式（即怎樣將交流電變換 成數(shù)據(jù)處理芯片所需的各種低壓直流電）密切相關(guān)，但不論采用何種供電方式都 耍受超級(jí)計(jì)算機(jī)特冇供電耍求的限制：（1）

3、超級(jí)計(jì)算機(jī)普遍采用刀片式結(jié)構(gòu)，即多塊相互平行的插件板經(jīng)插頭和插 座連接與它們垂直的機(jī)柜背板，各插件板之間通過(guò)機(jī)柜背板實(shí)現(xiàn)電氣連接（包括 信號(hào)、電源和地線(xiàn)連接）。為提高機(jī)器的組裝密度，相鄰插件板的中心距通常只 有1u （約44毫米）。(2) 由丁超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理芯片對(duì)電源的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)能力冇較高 要求，電源的輸出端口需盡可能靠近用電芯片，以減少?gòu)碾娫炊丝诘叫酒瑉間的 屯壓降，并提高電源對(duì)負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)能力。然而，另一方面，出于安全和減少 電磁干擾等方面的考慮，又不能將22ov/38ov交流電直接接人插件板和機(jī)柜背 板，從而決定了超級(jí)計(jì)算機(jī)大多采用直流分布式供電，并通過(guò)多級(jí)電源變換來(lái)實(shí) 現(xiàn)

4、。(3) 與其它屯子設(shè)備的供電要求右所不同，在超級(jí)計(jì)算機(jī)中直接為數(shù)據(jù)處理 芯片供電的末級(jí)電源一般不采用隔離型(帶變壓器的)穩(wěn)壓電源，因這類(lèi)電源的瞬 態(tài)響應(yīng)能力不夠。而非隔離型穩(wěn)壓電源不允許輸入電壓太高，否則pwm占空比 會(huì)很低，導(dǎo)致電源變換的效率低和電源變換時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾大。事實(shí)上，目前 許多高檔cpu都要求其供電電源是12v輸入的非隔離dc-i)c變換器。1.2傳統(tǒng)供電方式。前級(jí)電源將交流市電變換成48v直流電;前級(jí)直流母線(xiàn)將前級(jí)電源輸出的電 能輸送到計(jì)算機(jī)柜的背板上;機(jī)柜背板通過(guò)插件板電源輸入插座將電能送入各插 件板；各插件板上的屮間級(jí)電源將48v直流電轉(zhuǎn)變成12v直流電，后級(jí)直流母線(xiàn)

5、將12v直流電送至各個(gè)末級(jí)電源;位于數(shù)據(jù)處理芯片附近的末級(jí)電源將12v電壓 變換成芯片供屯所需的各種直流低電壓。傳統(tǒng)供電方式的主要缺點(diǎn)是供電效率比 較低，從交流市電到末級(jí)電源輸入端的變換與傳輸效率w86% o1. 3高壓直流供電方式。出于節(jié)能的門(mén)的，國(guó)外電源界的學(xué)者針對(duì)大型程控交換機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)的供 電提出了高壓直流供電方式?？诒倦妶?bào)電話(huà)公司(ntt)在2008年建立了世界上第 一個(gè)采用高壓直流供屯的大型數(shù)據(jù)中心，國(guó)內(nèi)和國(guó)外近年來(lái)有一部分超級(jí)計(jì)算機(jī) 也采用了高壓直流供電方式。高壓直流供電方式保留了傳統(tǒng)供電方式的架構(gòu)，但 對(duì)原來(lái)的前級(jí)電源、前級(jí)直流母線(xiàn)、機(jī)柜背板和中間級(jí)電源做了改進(jìn)：提升了前 級(jí)電源的輸出電壓，并將前級(jí)電源的變換效率從92提高到95 ;前級(jí)直流母線(xiàn)的 工作電壓從48v提升到300廠(chǎng)400v,降低了輸電電流，使輸電損耗從$2提高到1左右;機(jī)柜背板上各插件板電源輸入插座、連接前級(jí)直流母線(xiàn)的端子以及印制 板屮的導(dǎo)電銅層均做了適應(yīng)高壓直流輸電的改動(dòng)；屮間級(jí)電源改為高壓直流輸入 12v直流輸出的隔離型dc/dc變換器。高壓直流供屯方式與傳統(tǒng)供電方式相比，（1）從交流市屯到末級(jí)電源輸入端 的變換與傳輸效率由w86提高到89左右（基于2010年市售電源產(chǎn)品的效率水 準(zhǔn)）；（2）減少了