解析軟件定義電源未來(lái)的潛力

　　現(xiàn)代化生活方式和工作模式日益依賴存儲(chǔ)、訪問(wèn)、處理和分享數(shù)據(jù)。我們能夠通過(guò)智能數(shù)字設(shè)備隨意創(chuàng)建內(nèi)容，并且通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)立即發(fā)布。當(dāng)然，現(xiàn)代企業(yè)是在線數(shù)據(jù)的龐大用戶，政府機(jī)構(gòu)則負(fù)責(zé)維護(hù)公共服務(wù)安全并且改善服務(wù)提供的質(zhì)量。

　　根據(jù)來(lái)自思科（Cisco）的資料，到2018年數(shù)據(jù)中心流量將會(huì)超過(guò)8.6 澤字節(jié)（Zettabytes），而且，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)速度更會(huì)超過(guò)固定的IP流量，日后5G技術(shù)的采用還將加速這一發(fā)展趨勢(shì)。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)變?yōu)槿f(wàn)聯(lián)網(wǎng)（Internet of Everything），而且包括移動(dòng)在內(nèi)的更多生活方面日益變?yōu)?a target="_blank">電子方式管理，因此我們對(duì)于數(shù)據(jù)的依賴性一定會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。自動(dòng)駕駛汽車將會(huì)帶來(lái)空前的數(shù)據(jù)收集、分析、分享和存儲(chǔ)需求，特別是眾多車輛和高速公路傳感器會(huì)從不同的角度監(jiān)視相同的事件。我們可以想像一下，未來(lái)世界將會(huì)有數(shù)萬(wàn)億傳感器持續(xù)不斷收集和傳遞數(shù)據(jù)。而且，一些急性子的消費(fèi)者和實(shí)時(shí)服務(wù)（比如智能駕駛）將要求即時(shí)響應(yīng)，這進(jìn)一步加劇了對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施的壓力。

　　圖1：萬(wàn)聯(lián)網(wǎng)（Internet of Everything）正在滲透幾乎每一種應(yīng)用，帶來(lái)一個(gè)擁有數(shù)萬(wàn)億個(gè)傳感器的持續(xù)收集、分享和分析數(shù)據(jù)的未來(lái)世界。

　　許多企業(yè)正在努力跟進(jìn)永無(wú)止境增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和存儲(chǔ)需求，同時(shí)還要努力控制運(yùn)營(yíng)成本。使得事情更糟的是，我們?cè)谏畹母鱾€(gè)方面對(duì)于數(shù)據(jù)服務(wù)的依賴性日益增長(zhǎng)，這意味著任何服務(wù)中斷的后果變得更加嚴(yán)重。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心是整個(gè)世界的現(xiàn)代化生活的基礎(chǔ)，當(dāng)然必需保持最高的可靠性和最大化的正常運(yùn)行時(shí)間。

　　值得一提的是，這些預(yù)測(cè)所提到的海量傳感器并非全部都是用于增強(qiáng)現(xiàn)已十分舒適的生活方式：一些業(yè)界支持的活動(dòng)，比如萬(wàn)億傳感器峰會(huì)（TSensors Summit） ，向人們展示上萬(wàn)億聯(lián)網(wǎng)傳感器將如何被用于幫助世界上最貧困地區(qū)應(yīng)對(duì)食物、能源、水、衛(wèi)生健康和教育短缺的問(wèn)題。

　　對(duì)能源的需求

　　對(duì)于現(xiàn)今的數(shù)據(jù)服務(wù)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，最大的運(yùn)營(yíng)成本就是來(lái)自于給計(jì)算機(jī)持續(xù)提供能源使其保持正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商知道，在三年的典型服務(wù)器使用壽命周期內(nèi)，給一臺(tái)服務(wù)器供電所需的費(fèi)用比購(gòu)買整套硬件本身的費(fèi)用還要高。另外，為了保持推薦的工作溫度而使用空調(diào)等措施的費(fèi)用，也占據(jù)了運(yùn)營(yíng)成本很大的一部分。運(yùn)營(yíng)商積極降低這些成本費(fèi)用，以致于他們有意在斯堪的納維亞半島和美國(guó)北部等地區(qū)建立運(yùn)營(yíng)裝置，這些地區(qū)氣候寒冷，而且附近有水力發(fā)電等低成本的可靠能源。

　　現(xiàn)代化生活的始終連接特性，意味著對(duì)于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)的需求是極其動(dòng)態(tài)的。例如，社交媒體能夠?qū)?shí)時(shí)發(fā)生的世界事件做出實(shí)時(shí)響應(yīng)，比如自然災(zāi)害或政治危機(jī)，甚至重大的體育賽事，這將導(dǎo)致突發(fā)猛增的數(shù)據(jù)傳輸流量。基礎(chǔ)架構(gòu)需要在所有條件下以最佳效率來(lái)運(yùn)行，并且處理好從最小到最大活動(dòng)性的快速轉(zhuǎn)換，而不影響服務(wù)的可用性。自適應(yīng)電源管理是這個(gè)世界滿足未來(lái)數(shù)據(jù)需求的必不可少的要素。

　　轉(zhuǎn)向軟件定義電源

　　數(shù)據(jù)中心架構(gòu)師已經(jīng)成功地使用虛擬化技術(shù)來(lái)提高服務(wù)器的使用率，從而幫助降低大型設(shè)備成本和為閑置服務(wù)器供電的成本。虛擬化技術(shù)使得計(jì)算架構(gòu)變成軟件可定義的。與此同時(shí)，電源設(shè)計(jì)也有進(jìn)展。

　　許多數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)運(yùn)營(yíng)商正在從相對(duì)缺少靈活性的模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字電源，后者具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，可確保最佳的效率。然而，有些人仍然以看待模擬前期產(chǎn)品差不多的眼光來(lái)看待數(shù)字轉(zhuǎn)換器，這樣就存在著這些數(shù)字轉(zhuǎn)換器只能發(fā)揮一小部分潛能的風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法有效地提升效率和降低運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)電源架構(gòu)來(lái)說(shuō)，下一個(gè)合理的發(fā)展是變成為軟件定義的架構(gòu)以充分利用數(shù)字電源的適應(yīng)性，并且引入軟件控制方法，根據(jù)運(yùn)營(yíng)情況的變化持續(xù)管理電源。

　　對(duì)于電源設(shè)計(jì)和開發(fā)人員，以及數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，軟件定義的電源架構(gòu)均具有潛在的好處，在軟件級(jí)改變?cè)O(shè)計(jì)的能力，有望消除硬件設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，并且在未來(lái)加快完成項(xiàng)目的速度。幸運(yùn)地，我們可以快速、輕易地實(shí)施從模擬電源架構(gòu)向軟件定義電源的轉(zhuǎn)變，無(wú)需開發(fā)新的技術(shù)或設(shè)計(jì)IP。

　　在實(shí)際使用中，軟件定義的電源架構(gòu)將能夠應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)人員和運(yùn)營(yíng)商面臨的諸多挑戰(zhàn)，考慮到由于半導(dǎo)體工藝的變化而引致各個(gè)電路板之間存在微小差異，數(shù)字電源架構(gòu)已經(jīng)允許通過(guò)精細(xì)調(diào)節(jié)中間總線和負(fù)載點(diǎn)輸出電壓以優(yōu)化運(yùn)營(yíng)效率，還可補(bǔ)償溫度變化的影響。通過(guò)軟件處理這類調(diào)整可以提供寶貴的總體效率提升，然而這僅僅是實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)中的一小部分。軟件定義的電源架構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的顯著效率提升，并且?guī)椭纳破渌阅軈?shù)，比如可靠性和正常工作時(shí)間，方法可以是減小低需求期間對(duì)電源的應(yīng)力，并且實(shí)施預(yù)見性維護(hù)。此外，軟件定義的電源架構(gòu)可以通過(guò)激活或禁用電源來(lái)實(shí)現(xiàn)快速適應(yīng)以滿足需求，并且通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓來(lái)獲得最佳的效率。

　　現(xiàn)今的處理器使用自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)（Adaptive Voltage Scaling， AVS）技術(shù)，根據(jù)處理負(fù)載來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電源需求。在輕負(fù)載情況下，可以將電源電壓和運(yùn)作頻率減少到執(zhí)行任務(wù)所需的最小值。最新1.3版本PMBus標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)加入了支持自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)總線（Adaptive Voltage Scaling Bus， AVSBus）的要求。1.3版本PMBus標(biāo)準(zhǔn)是開放式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于電源設(shè)備之間的通信。除了先前可用的PMBus指令之外，AVSBus支持也允許處理器自動(dòng)調(diào)節(jié)到合適的POL輸出電壓，提供了另一個(gè)十分有效的工具。