近年來，隨著互聯(lián)網和計算機技術的發(fā)展，基于互聯(lián)網提供的各種服務也變得越來越多。作為這些互聯(lián)網應用服務載體的數據中心，其建設需求也在不斷增加。特別是近幾年來，我國三大運營商和IT企業(yè)都投入了大量的資金用于數據中心的建設。目前，全國已經形成了至少數百家大小不一的數據中心。

高密度已成為服務器設計的一個重要因素。摩爾定律已經使人們有可能將多個高性能內核集成到一個單一的系統(tǒng)級芯片(SoC)。高密度的現場可編程門陣列(FPGA)為應用加速和集成提供了進一步的可能性。將FPGA芯片部署在每個邏輯板系統(tǒng)內，可以提供強大的計算潛能并顯著降低系統(tǒng)功耗。然而，為了實現更高的集成度，更新的工藝技術促使芯片的供電核電壓進一步降低，并提高了對其精度控制和負載瞬態(tài)響應的要求，對服務器中的配電線路和架構產生一系列影響。

其中的一個趨勢是增加電源的開關頻率，以降低峰值電流需求，這有助于將無源元件的尺寸如電容器減少到最小，并通過一系列電路設計技術減少對開關損耗的影響。

數據中心的供電系統(tǒng)龐大而復雜，它是由UPS系統(tǒng)、后備電池系統(tǒng)、監(jiān)控配電系統(tǒng)組成第一級供電;由AC/DC電源轉換、低壓DC/DC變換、板上監(jiān)控等組成第二級供電，其中第二級供電中的DC/DC是和系統(tǒng)的大板集成在一起的，直接給CPU/FPGA/SSD供電，所以要求其效率高、可靠、尺寸小以及具備智能調壓和監(jiān)控功能。

圖1：數據中心和服務器

數據中心第二級供電的架構

數據中心的第二級供電系統(tǒng)一般由AC/DC電源模塊得到12V并傳輸給系統(tǒng)的背板，控制功能板、硬盤板通過背板取電并互通信號，具體供電架構如圖2。其中控制功能板上有CPU/FPGA以及DDR等一系列功能芯片，一般有幾百瓦的功耗。其中給core電壓供電時，由于電流比較大，一般從12V直接轉換，而其它電壓采用IBA(中間總線架構)從5V往下轉換。另外，在服務器上SSD應用中，Enpirion 5V產品因為其尺寸小，集成度高，被幾個SSD主控器廠家如SandForce、OCZ、Corsair、LSI等廣泛采用。此外，給板上DDR顆粒的VTT供電的EV1340QI/EV1380QI也廣受用戶青睞。

圖2：數據中心第二級供電架構

數據中心第二級供電的要求

數據中心的第二級供電要求包括以下幾點：

1.小尺寸——現在服務器的容量越來越大，單板上要搭載兩顆CPU、一到兩片

ASIC/FPGA/CPLD等芯片，還有大量的內層條和接口端子，留給電源芯片的空間非常緊張。尤其是母板上的嵌入式子卡板(比如FPGA PCIE接口加速卡或者PCIE接口SDD)，其單板的高度往往要求限制在5mm，普通的外置電感的電源的電感高度一般都在5～10mm，很難滿足。Altera Enpirion PowerSoC的高度最小僅1mm，12A的產品也只有3mm高度，從而讓布局非常靈活方便。據Altera Enpirion電源中國區(qū)資深技術支持專家凌俊杰介紹，正是得益于這些優(yōu)勢，目前Enpirion模塊在服務器行業(yè)主流廠家例如浪潮、曙光中均有突破。

圖3：服務器母板/FPGA PCIE加速卡/SSD板

2.智能調壓功能——給CPU/ASIC/FPGA核電壓供電需要低壓大電流，甚至達到150A以上，

需要供電系統(tǒng)能夠跟隨芯片工作實現靜態(tài)和動態(tài)調壓以降低功耗。Altera Enpirion EM21X0系列產品應運而生，其可以在18*20*5mm的體積上實現30A輸出電流，并集成了電感，并可以通過多相并聯(lián)向更大的功率擴展。EM21X0通過Altera專利的SmartVID總線和負載芯片或者上位機通訊實現對供電電壓調節(jié)，電源運行狀態(tài)上報等功能。

圖4：EM11X0框圖

3. 能源管理功能——數據通信系統(tǒng)一直在提高數據吞吐量和其他系統(tǒng)性能，同時也面臨降

低系統(tǒng)總體功耗的壓力。例如，通過重新安排工作流程，將程序轉移到未得到充分利用的服務器上，使得其他服務器能夠停機，以此來降低總體功耗。如果采用數字電源管理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以為用戶提供實時以及日常的功耗數據，方便作出明智的能源管理決策。由于服務器背板上電壓通過中間總線電壓轉換，并通過負載點POL DC/DC轉換至子電路所需的電壓和工作電流，這些不同的電壓軌對排序、電壓準確度、精度調節(jié)以及監(jiān)控都有更為嚴格的要求，使得問題更加復雜。因此，客戶需要一種簡單的方法來改進系統(tǒng)，針對每個DC/DC轉換器優(yōu)化系統(tǒng)性能和存儲特定配置值，通過PMBus報警線路將故障通知主機，從而關斷問題電路，以保護主芯片等供電器件，實現準確的微秒級響應時間保護，從總體上來簡化設計工作。

總結：

Altera于2015年8月份被Intel收購， 成為Intel的PSG事業(yè)部。據Altera Enpirion中國區(qū)業(yè)務發(fā)展經理張偉超介紹，Intel已經明確表示后續(xù)將繼續(xù)加大對Enpirion的投資，Enpirion電源在進一步支持好FPGA的性能提升的同時，還將繼續(xù)延伸Intel CPU的應用，更好地服務于Intel數據中心和廣泛的IOT產品。Enpirion的產品路標將進一步滿足數據中心產品和工業(yè)智能物聯(lián)網的需求。有理由相信，在不久的將來，大家會在中國市場上發(fā)現更多Enpirion的應用。