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軟件界說的電源架構潛力無限

宣布時間:2016年02月22日 11:02    宣布者:designapp
要害詞: 軟件界說電源 , 電源架構
前言: 群集基础架構承壓

現代化生涯要領和使命形式日趨依附存儲、造訪、處置賞罰和分享數據。我們能夠經由歷程智能數字裝備隨便建設內容,而且經由歷程互聯網急速宣布。雖然,現代企業是在線數據的宏年夜用戶,政府機構則擔任掩護公共服務安然而且刷新服務供應的質量。

憑證來自思科(Cisco)的質料,到2018年數據中央流量將會逾越8.6 澤字節(Zettabytes),而且,移動數據流量的增添速率更會逾越结实的IP流量,往后5G手艺的接納還將加速這一生長趨勢。

隨著物聯網釀成萬聯網(Internet of Everything),而且包羅移動在內的更多生涯方面日趨釀成電子要領治理,是以我們關于數據的依附性一定會愈來愈強。自動駕駛汽車將會帶來絕后的數據群集、剖析、分享和存儲需求,特殊是浩蕩車輛和高速公路傳感器會從不合的角度監視類似的事宜。我們可以想像一下,未來天下將會有數萬億傳感器一連賡續群集和轉達數據。而且,一些急性子的破費者和實時服務(好比智能駕駛)將請求即時照應,這進一步减轻了關于基础行動措施的壓力。


圖1:萬聯網(Internet of Everything)正在滲透滲透簡直每種應用,帶來一個擁有數萬億個傳感器的一連群集、分享和剖析數據的未來天下。

許多企業正在起勁跟進永無止境增添的數據處置賞罰、盤算和存儲需求,同時還要起勁控制運營資源。使得使命更糟的是,我們在生涯的各個方面關于數據服務的依附性日趨增添,這意味著任何服務中止的效果變得加倍嚴重。群集和數據中央是所有天下的現代化生涯的基础,雖然必須保持最高的可靠性和最年夜化的正常運轉時間。

值得一提的是,這些意料所提到的海量傳感器着实不是所有都是用于增強現已很是溫馨的生涯要領:一些業界支持的運動,好比萬億傳感器峰會(TSensors Summit) ,向人們展示上萬億聯網傳感器將若何被用于贊助天下上最貧困地域應對食物、動力、水、衛生安康和教育缺乏的效果。

對動力的需求

關于當今的數據服務供應商來講,最年夜的運營資源就是來自于給盤算機一連供應動力使其保持正常運轉。數據中央運營商知道,在三年的規范服務器應用壽命周期內,給一臺服務器供電所需的用度比購置整套硬件自己的用度還要高。另外,為了保持推薦的使命溫度而應用空調等措施的用度,也占领了運營資源很年夜的一部門。運營商起勁降低這些資源用度,以致于他們居心在斯堪的納維亞半島和美國北部等地域建設運營裝配,這些地域天氣酷寒,而且相近有水力發電等低資源的可靠動力。

現代化生涯的一直毗連特點,意味著關于數據基础架構的需求是極端靜態的。例如,社交媒體能夠對實時發生的天下事宜做出實時照應,好比自然災難或政治危急,以致嚴严重年夜的體育賽事,這將招致突發猛增的數據傳輸流量。基础架構須要在所有條件下以最好效力來運轉,而且處置賞罰好從最小到最年夜運動性的快速轉換,而不影響服務的可用性。自順應電源治理是這個天下知足未來數據需求的必弗成少的要素。

轉向軟件界說電源        

數據中央架構師曾經樂成地應用虛擬化手艺來前進服務器的應用率,從而贊助降低年夜型裝備資源和為閑置服務器供電的資源。虛擬化手艺使得盤算架構釀成軟件可界說的。與此同時,電源設計也有停留。

許多數據中央和群集基础架構運營商正在從相對缺乏無邪性的模擬手艺轉向數字電源,后者具有更強的順應性,可確保最好的效力。可是,有些人依然以看待模擬前期產物差不多的眼光來看待數字轉換器,這樣就存在著這些數字轉換器只能施展一小部門潛能的風險,沒法有用地提升效力和降低運營資源。對電源架構來講,下一個公正的生長是釀成為軟件界說的架構以充實應用數字電源的順應性,而且引入軟件控制措施,憑證運營情形的變換一連治理電源。

關于電源設計和開發職員,和數據中央運營商來講,軟件界說的電源架構均具有潛在的利益,在軟件級改變設計的才氣,有望掃除硬件設計的風險,而且在未來加速完成項目的速率。幸運地,我們可以快速、隨便紕漏地實驗從模擬電源架構向軟件界說電源的改變,無需開發新的手艺或設計IP。

在現實應用中,軟件界說的電源架構將能夠應對數據中央設計職員和運營商面臨的諸多尋釁,推敲到由于半導體工藝的變換而引致各個電路板之間存在眇小差異,數字電源架構曾經允許經由歷程細膩調治中央總線和負載點輸入電壓以優化運營效力,還可賠償溫度變換的影響。經由歷程軟件處置賞罰這類調劑可以供應名貴的整體效力提升,可是這僅僅是完成的刷新中的一小部門。軟件界說的電源架構還可以完成更進一步的顯著效力提升,而且贊助刷新其它性能參數,好比可靠性和正常使命時間,措施可以是減小低需求時代對電源的應力,而且實驗預理性掩護。此外,軟件界說的電源架構可以經由歷程激活或禁用電源來完成快速順應以知足需求,而且經由歷程調治系統電壓來取得最好的效力。

當今的處置賞罰器應用自順應電壓調治(Adaptive Voltage Scaling, AVS)手艺,憑證處置賞罰負載來自動調治電源需求。在輕負載情形下,可以將電源電壓和運作頻率增添到推行義務所需的最小值。最新1.3版本PMBus尺度曾經加入了支持自順應電壓調治總線(Adaptive Voltage Scaling Bus, AVSBus)的請求。1.3版本PMBus尺度是開放式尺度協定,用于電源裝備之間的通訊。除先前可用的PMBus指令以外,AVSBus支持或允許處置賞罰器自動調治到合適的POL輸入電壓,供應了此外一個很是有用的工具。

在賡續變換的情形下,自動調治電源架構來確保到達最好運作效力,不只可以在電源中最年夜限制地減小動力轉換消耗,還可以最年夜限制地增添自動式冷卻系統,好比托盤風扇和服務器房間空調系統冷卻系統消耗的動力。除節儉動力以外,還可以增添冷卻需求,以騰出更多的空間來裝置服務器、交流機或線路卡。

同時,軟件界說的電源架構優勢可以受益于可靠性的前進,一連調治系統電壓以保持最好的效力,而且最年夜限制地增添發燒,并增添施加在中央總線轉換器(IBC) 和負載點(POL)轉換器上的應力,終究,軟件界說的電源架構還能最年夜限制地增添電源誤差惹起的宕機時間。

現實的軟件界說電源

毗連性供應了催化劑,把電源轉換器從一個個孤島改釀成協作系統中互連的單元,這類協作系統能夠照應位于軟件界說的電源架構焦點的中央控制器指令。開放式尺度PMBus是理想的序文,兼容PMBus的前端ac-dc電源、數字POL和IBC產物曾經面市,它們為電源供應商泉源為客戶搭建軟件界說的電源架構,起到了要害的推動作用。


圖2:開放式尺度PMBus是在軟件界說電源架構中毗連電壓轉換器的理想序文

軟件界說電源正在增值供電應用領域快速普及,在這些系統中,數字電源的特點同時為設計公司和終究用戶供應了經濟優勢。
不外,設計團隊須要破費時間來建設模子和開發算法,才可以充實應用軟件界說供電手艺的“才氣”。某些供應商能夠首先在電路板級實驗軟件控制,前面再將機架和年夜功率轉換級部門帶入軟件界說的架構中。此外一些供應商能夠在年夜功率級泉源設計,然后將軟件控制向前擴年夜至機架及電路板級。此外,早期的控制算法能夠較量簡樸,只需憑證多數幾個參數來意料,但隨著時間的推移,由于須要更詳細地剖析更年夜的數據集,以是算法也會變得愈來愈严重年夜。

隨著業界對這些手艺的熟悉水平加深,而且在后續的項目中可以快速、高效應用并曾經由歷程驗證的設計賡續增多,未來的設計職員將能夠快速交付新的項目,而且集中精神開發特此外增值功效。其中能夠包羅預理性掩護,贊助提升主要的性能尺度,好比正常運作時間,同時經由歷程減低裝備替換率來降低年夜型裝備的資源支出。

CUI曾經在3kW PSE-3000等前端AC-DC電源和Novum 系列 數字 IBC 和 非隔離型dc-dc數字POL轉換器中實驗PMBus毗連性。這些產物能夠經由歷程業界尺度協定與電壓轉換器通訊,可以推動設計職員構建聯網的數字控制電源架構。

IBC備有多種尺度模塊尺寸,而且支持靜態總線電壓(Dynamic Bus Voltage, DBV),后者允許隨著負載情形的改變來調治IBC電壓,從而優化轉換效力。可以經由PMBus設置或經由歷程裝置在基于IBC集成式ARM?微控制器上的電源優化固件來設置電壓。在IBC級的DBV就像在負載點的AVS一樣,在最年夜化效力方面極有成效,措施是經由歷程調治功率包絡來順應負載條件,進而最年夜限制地增添鋪張的動力。除設置IBC電壓以外,PMBus接口還允許經由歷程當中央控制電壓余量、誤差治理、周詳延時爬升和啟動/阻阻碍拦研究。

Novum POL轉換器允許應用PMBus指令來阻拦與IBC模塊類似的控制,而且可以完成軟件控制的電壓排序和跟蹤。
為相識釋經由歷程自動順應電源架構能夠完成的節能效果,推敲將勻稱效力到達95%的一個前端AC/DC電源,運作效力為93%的IBC,和一個運作效力為 88%的負載點組合起來。在所有三個轉換器上,22.2%的輸入功率以熱量形式散發。假設每級效力只增添1%,動力耗散可以增添至19.6%,這相當于12%的刷新,是異常顯著的效力提升。另外,冷卻負載的減小還可節儉動力。

未來

隨著軟件界說的電源架構在數據中央和電信公司日趨普及,業界必須依附來自不合供應商的電源模塊之間的互操作性。雖然PMBus在一定水平上完成了模塊間毗連的尺度化,然則,某些指令開放詮釋,當與不合制造商的轉換器共用時能夠發生不合的效果。為了戰勝這個效果,由CUI、愛立信電源(Ericsson Power Modules)和村田公司組成的AMP Group(現代電源架構)聯手協作,在包羅PMBus指令照應的諸多軟件方面阻拦了尺度化,并對形狀尺寸和引腳裝備等機械細節也阻拦了尺度化。


圖3:AMP整體建設旨在針對軟件界說電源應用阻拦協作和開發多泉源處置賞罰妄图

結論

軟件界說的電源架構不只可以在設計階段供應效力刷新和節能,還降低了基础架構具有者所需肩負的運營資源。更進一步的優勢包羅前進可靠性和實驗預理性掩護的時機,終究帶來更長的正常運作時間。基于模擬的電源架構正在快速朝向軟件界說的電源架構演進。隨著電源設計團隊日趨熟悉這項手艺,他們將能夠以高資源效益的快速要領供應日趨周全、高效和可靠的電源系統。
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