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發揮軟體定義電源的潛力

上網時間: 2016年01月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:軟體定義電源  負載點  AVS  PMBus  IBC 

作者:Mark Adams,CUI資深副總裁

現代生活方式和工作形式越來越依賴於儲存、存取、處理與共用資料。藉由我們的智慧數位裝置,可以隨心所欲創建內容,並透過網際網路即時發佈。當然,現代商業是大規模使用線上資料的使用者,而政府機構則負責維護資料的安全性,並改善公共服務。

根據思科(Cisco)預測,到2018年資料中心流量即將超過8.6ZB(Zettabyte),而行動資料流量的成長速度更將超過固定IP流量。5G的興起也將加速這一趨勢進展。

隨著物聯網逐漸演變為萬物聯網(Internet of Everything),我們將會越來越依賴資料,生活各方面(包括行動性)也會變得更進一步實現電子化的管理。自動駕駛車將會對於收集、分析、共用與儲存資料帶來空前的需求,特別是眾多汽車和高速公路感測器將從不同的角度監控相同的事件。我們可以想像未來將會包含數兆感測器,並且持續不斷地收集和傳遞資料。此外,一些急性子的消費者和即時服務(如智慧駕駛)要求能即時回應,從而對基礎設施帶來進一步的挑戰。

萬物聯網
萬物聯網正滲透於幾乎每種應用中,從而形成具有數兆感測器且全部都用於收集、共用和分析資料的未來

許多公司正努力地趕上對於資料管理、處理與儲存的急劇成長需求,同時還要努力控制營運成本。但使情況變得更複雜的是,我們在生活各方面對於資料服務的更多依賴性,意味著可能發生越來越嚴重的電力中斷情形。支援現代生活方式的全球網路和資料中心絕對必須保持最高的可靠性,並確保最長的正常執行時間。

另外值得一提的是,並非預測中的所有巨大數量感測器都用於增強業已舒適的生活方式:像「兆級感測器高峰會」(TSensor Summit)這樣的產業盛會已經表示,許多兆級連網感測器將被用於協助克服世界上最貧困地區的食物、能源、水、衛生和教育短缺等問題。

對於能源的需求

對於今天的資料服務供應商來說,持續為電腦供電使其得以正常運作是最大的營運成本。資料中心營運商都知道,在三年的典型使用壽命期內為一台伺服器供電所需的費用比購買整套硬體的費用更高。另外,為了保持建議的作業溫度而使用諸如空調等措施的成本,也佔營營成本很大的一部份。為了符合這些成本要求,營運商特意在寒冷氣候地區建立運營裝置,例如附近就有水力發電機等低成本、可靠能源的斯堪地那維亞(Scandinavia)和美國西北部地區。

現代生活的永久連網特性確保對於資料基礎設施的需求極具動態特性。舉例來說,社會管道可能對於即時發生的全球事件作出即時反應,例如自然災害、政治危機或是重大的體育賽事等,都可能導致顯著的資料流量驟增。基礎設施需要能在所有條件下作業於最佳效率,並處理好從最小到最大活動的快速轉換,中間不能犧牲服務的可用性。自動電源管理則是滿足未來全球性資料需求的關鍵。

轉向軟體定義電源

資料中心架構師已經成功地使用虛擬化技術來提高伺服器的利用率,這將有助於降低資本成本以及為閒置伺服器供電的成本。採用虛擬化技術後,就變成軟體定義的運算架構了。同時,電源設計也有所進展。

許多資料中心和網路基礎設施營運商正從較缺少靈活性的類比技術轉向數位電源,因為它具有更強的適應性,可確保最佳的效率。然而,仍然有許多人採用像類比轉換器的方式來看數位轉換器。這樣就存在著只利用這些數位轉換器一部份潛能的風險,從而無法有效提升效率和降低營運成本。對於電源架構來說,符合邏輯的下一個步驟是變成軟體定義的架構,充份利用數位電源的適應性,並導入軟體控制,以便在作業狀態變化時持續管理電源。

對於電源設計師、開發人員以及資料中心營運商來說,軟體定義的電源架構都有潛在好處。在軟體級調整編寫軟體的能力不僅能消除硬體設計的風險,而且未來還可更快的完成計劃。幸運的是,從類比電源架構到軟體定義電源的轉變可以快速方便地建置,不需要開發新的技術或設計IP。

在實際使用中,軟體定義的電源架構能夠克服目前資料中心設計師和營運商面臨的許多挑戰。考慮到由於半導體製程變異而存在各電路板之間的微小差異,數位電源架構已能微調中間匯流排和負載點(POL)輸出電壓來最佳化工作效率。溫度變化效應也能得到補償。將這類調整交給軟體控制來進行,能夠有效改進整體效率。然而這只是可能實現的一小部份改善。

軟體定義的電源架構還可以進一步實現顯著的效率增益,並有助於改善其它的性能指標,如可靠性和執行時間,其方法是減輕低需求期間對電源的壓力,並實現可預見性的維護。此外,軟體定義的電源架構可以隨著啟動或停用電源來滿足不同的需求,並且能夠透過調節系統電壓獲得最佳的效率。

當今的處理器可以根據連接的處理負載使用自適應電壓調節(AVS)技術自動調整其電源需求。在輕負載時,可以將供電電壓和工作頻率減少到執行要求任務所需的最小值。對於自適應電壓調節匯流排(AVSBus)的支援已被寫進最新的PMBus標準版本1.3——用於電源裝置之間通過的開放標準協議。支援AVSBus可以讓處理器自動調節合適的POL輸出電壓,因此除了以前就可以使用的PMBus命令外,又增加了另一個機會。

自動調節電源架構可在不斷變化的條件下確保最佳化工作效率,不僅有助於最大限度地減少電源中的能量轉換損耗,而且能夠盡可能地減少對於冷卻系統的要求,從而進一步降低啟動風扇和伺服器室空調等冷卻系統消耗的能量。除了節省能源以外,降低對於冷卻系統的要求還能騰出更多的空間用於安裝伺服器、交換機或線路板。

同時,軟體定義的電源架構也受益於可靠性的提高。連續調節系統以保持最佳效率並儘量減少發熱量,可以減少施加在中間匯流排轉換器(IBC)和POL轉換器上的壓力。最後,軟體定義的電源架構還能盡量減少由於電源故障引起的當機時間。

(下一頁繼續:軟體定義電源實務)


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