对超级计算机供电的探讨研究.doc

对超级计算机供电的探讨研究.doc对超级计算机供电的探讨研究
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2013 年 12 月 3 日 15:48:46
【导读】超级计算机具有的强大数据处理能力为人类社会认识和改造自然界 的发明创造活动带来了前所未有的帮助，大型数据中心近年来在世界各地迅速增 加。然而，人们在越来越广泛地应用超级计算机时发现,超级计算机在给人类“造 福”的同时也在大量消耗着人类社会宝贵的能源。目前，不仅使用单位迫切地希 望能够降低计算机系统的电能消耗，而且世界上许多国家都对计算机耗能问题给 予了关注，GREEN500国际组织还对进入Supercom一puter TOP 500排名的超级 计算机按能效比（计算机处理能力与耗电量之比）的高低重新排列名次。因此，提 高供电效率、降低系统能耗已成为超级计算机电源设计者追求的主要目标之一。
1超级计算机现有供电方式
1. 1超级计算机供电的特殊性。
目前，超级计算机的主要输入能源是220V/380V交流电，给内部数据处理芯 片供电的电压是0. 75V〜5V直流电（其中主要供电电压在0. 9V〜2. 5V之间），在 从220V/380V交流电变换到低压直流电的过程中通常要损耗四分之一左右的电 能。
电源变换过程中的电能损耗与超级计算机的供电方式（即怎样将交流电变换 成数据处理芯片所需的各种低压直流电）密切相关，但不论采用何种供电方式都 要受超级计算机特有供电要求的限制：
（1）超级计算机普遍采用刀片式结构，即多块相互平行的插件板经插头和插 座连接与它们垂直的机柜背板，各插件板之间通过机柜背板实现电气连接（包括 信号、电源和地线连接）。为提高机器的组装密度，相邻插件板的中心距通常只 有1U （约44毫米）。
由于超级计算机的数据处理芯片对电源的稳定性和瞬态响应能力有较高 要求，电源的输出端口需尽可能靠近用电芯片，以减少从电源端口到芯片之间的
电压降，并提高电源对负载的瞬态响应能力。然而，另一方面，出于安全和减少 电磁干扰等方面的考虑，又不能将22ov/38oV交流电直接接人插件板和机柜背 板，从而决定了超级计算机大多采用直流分布式供电，并通过多级电源变换来实 现。
与其它电子设备的供电要求有所不同，在超级计算机中直接为数据处理 芯片供电的末级电源一般不采用隔离型(带变压器的)稳压电源，因这类电源的瞬 态响应能力不够。而非隔离型稳压电源不允许输入电压太高，否则PWM占空比 会很低，导致电源变换的效率低和电源变换时产生的电磁干扰大。事实上，目前 许多高档CPU都要求其供电电源是12V输入的非隔离DC-I)C变换器。
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前级电源将交流市电变换成48V直流电;前级直流母线将前级电源输出的电 能输送到计算机柜的背板上;机柜背板通过插件板电源输入插座将电能送入各插 件板;各插件板上的中间级电源将48V直流电转变成12V直流电，后级直流母线 将12V直流电送至各个末级电源;位于数据处理芯片附近的末级电源将12V电压 变换成芯片供电所需的各种直流低电压。传统供电方式的主要缺点是供电效率比 较低，从交流市电到末级电源输入