上一篇文章從10KV高壓供電一直介紹到機房PDU，其實按理說從PDU節點之后才算是我們服務器電源工程師需要重點關注的東西，因為PDU之前屬于電力電子或者說電氣工程師需要關注的強電領域，而傳統的服務器電源工程師工作內容更傾向于弱電領域，也就是安全電壓以下的主板電源設計。但隨著技術的發展進步，服務器電源設計已經不純粹集中于IT設備本身了，而是向上游拓展，需要把服務器和搭載它的機架作為一個整體去考慮設，這樣做的目的就是為了節能！最大程度降低服務器數據中心運行的能耗，降低數據中心PUE值以及服務器的SPUE值。

下面是傳統服務器機柜的一個示意圖，從UPS室分出的3相220V供電被引入IT機房，分別接到每一個整機柜的PDU。整機柜高度為標準的42U，可以擺放21臺2U服務器，每臺服務器功耗約700W。

圖5. 傳統數據中心機柜供電示意圖

IT負載最為最終的用電端，也是最為重要的一環。下面是傳統機架式服務器供電示意圖，服務器從機柜的PDU取220V交流電，接入機箱內置的80 plus PSU，PSU將220V交流電轉換為12V（CRPS）直流輸出給主板，然后再通過主板上的DC-DC電源模塊降壓至5V、3.3V、1V等低壓給負載芯片供電。

圖6. 傳統機架式服務器供電示意圖

但從電網經過機房級UPS、再經過服務器級PSU，以及主板級VR降壓模塊的多級轉換，從電網到CPU和內存的全路徑供電效率只有60%到70%左右，這意味著很大一部分能源都浪費在多級轉換上了，因此有必要精簡這一供電架構并提升轉換效率。

為了降低設備投資成本并提高供電效率，現在大型互聯網公司的服務器較多采用了集中電源和風扇的整機柜服務器，比如一個傳統的40臺機架式服務器機柜需要配80個PSU電源模塊，但每個電源的負載率只有30%左右，這種情況下PSU的投資成本很高，且PSU 在較低負載下的運行效率都是很不好的。改采用整機柜服務器后可能只需要8個PSU，并且PSU的負載率提升到了60%到70%的較高效率點，無疑整機柜方式更為經濟和高效，如下圖由集中式PSU 電源插框后的12V 供電母排給服務器主板來供電。但這種采用12V集中母排的整機柜架構系統集成度很高，在碰到大功率高性能計算場合，12V 母排及主板上的低壓傳輸會帶來較多的傳輸損耗。

圖7. 服務器供電結構演變示意圖

因此，很多互聯網數據中心大佬們提出，采用48V 母線，可以大大降低母排的傳輸損耗，并可以將機柜的功率擴展到30KW 甚至更高，可以很好滿足未來的升級擴展需求。加上目前很多網絡設備都可以直接支持48V 輸入的電源模塊，因此整機柜的TOR 交換機等可以直接從48V 母排來供電，甚至風扇墻也可以直接從48V 母排上供電，這樣可以直接通過48V 母線統一給機柜內的IT 設備、網絡設備、UPS 電池以及機柜散熱風扇墻等幾乎所有部件供電，實現機柜內供電歸一化，類似今天通信行業48V 電源系統一樣，可將IT 行業和CT 行業統一起來。

圖8. 新型數據中心機柜供電示意圖

上面圖中是目前比較新的一種整機柜供電架構圖，由谷歌等互聯網公司提出。該架構采用48V母排給整機柜供電，將蓄電池和PSU插框放置在機柜內，省去了復雜的大型UPS設備，原來笨重的鉛酸鐵鋰蓄電池由48V鋰電池代替，，加上48V母線損耗比12V母線降低16倍左右，該機柜能夠提供更大功率（30KW左右）和更高效率的供配電方案。而48V進入主板后可以采用48V轉12V轉接板進行中間轉換（目前市面上采用的方法，可以兼容適配傳統12V服務器），或者直接采用48V轉1V、3.3V等低壓等級的電源模塊給主板IC負載供電（將來發展趨勢）。

圖9. 48V直接供電方案

總結一下，本文介紹了從萬伏高壓電網側經過配電、變壓、合路等一系列環節到達數據中心，然后數據中心通過UPS蓄電池備電、AC-DC、DC-DC等一些列環節到達IT機房，在機房內精密配電后通過PDU將電能傳輸給服務器等IT設備，服務器由PSU將220V交流電轉換為12V或48V直流給主板供電，最終經過板級DCDC降壓至5V、3.3、1V等POL電源給IC負載供電。我個人做了個簡單總結，就是10KV高壓交流電進樓宇，380V（220V）低壓交流進機房，48V直流進機柜，最后12V直流進主板，當然將來也許會將380V/220V 交流電切換為270V/240V高壓直流供電，但基本思想不變。這就是本次星球號的文章更新，大家五一快樂！