数据中心电源架构

国际能源署（IEA）的数据指出，2023年NVIDIA芯片的电力消耗已达7.3TWh，预估至2026年，这一数字将飙升至2023年的十倍。相较于传统服务器电源96%的转换效率，AI服务器电源需达到97.5%-98%的高标准，以降低能量损耗并支撑更高功率密度的GPU。

AI模型与GPU技术的迭代促使AI服务器电源的功率密度不断提升。以H100服务器机架为例，10.2kW的功率需要配备19.8kW的电源。NVL72机架的120kW功率则要求198kW的电源模块。AI服务器电源的功率密度可达100W/in³，远超普通服务器电源的50W/in³。

数据中心三级电源转换

图源：MPEL

UPS

即不间断电源（Uninterruptible Power Supply）是一种含有储能装置的不间断电源。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台电稳压器，同时它还向机内电池充电。当市电意外中断时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应电能，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受电网波动而造成损坏。

AC/DC（powershelf）转换器

将电网的交流电转换为适合服务器使用的50V直流电。AC/DC电源模块包含电源模块（PSU）和电源管理控制器（PMC）。

PSU（电源供应单元）：PSU负责将来自电网的交流电（AC）转换為伺服器电子组件所需的直流电（DC）。PSU的效率很关键，它会直接影响整体的能源消耗和散热需求，高效的PSU可以延长DC电源的寿命，并降低因为电源问题导致的服务器停机时间。

PMC（电源管理控制器）：用于管理和优化服务器电源的控制器。PMC通过监控和调整服务器电源的供应和消耗来实现最佳的电源管理，以提高服务器的能效和性能。

DC/DC转换器

进一步将50V直流电降至芯片可接受的12V、5V、3V3和0.8V等，DC/DC电源的难点在于如何尽可能降低板路损耗。因为采用7nm甚至更先进的制程的CPU或者GPU，核电压通常采用1V或0.8V的额定电压供电，供电电流往往超过1000A，高电流使主板损耗大量热量。因此DC/DC转换器最近的技术趋势是供电模式会从原本水平供电，走向“背后供电”。即原本的电源模组围绕在GPU晶片的周围，为了缩短距离，电源模组改放到芯片正下方来供电，距离缩短成仅是PCB板的厚度，从数十mm缩短至1、2mm。

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