英特爾電源匯流排技術(shù)助烽火超微EGS平臺(tái)服務(wù)器大幅降低能耗，提升平臺(tái)穩(wěn)定性與升級(jí)潛力

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當(dāng)前，主流服務(wù)器已經(jīng)邁入“百核”時(shí)代。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，各個(gè)行業(yè)對(duì)算力的旺盛需求，隨之而來(lái)的是服務(wù)器能耗的大幅增長(zhǎng)，以及損耗的大幅增長(zhǎng)。英特爾一直致力于數(shù)據(jù)中心能耗的降低，并將創(chuàng)新技術(shù)付諸實(shí)踐。

英特爾電源匯流排技術(shù)（Power Corridor Solution）就是英特爾為應(yīng)對(duì)能耗挑戰(zhàn)而提出的創(chuàng)新之一。該項(xiàng)專利技術(shù)可以大幅降低服務(wù)器主板在CPU供電部分的傳輸損耗，并滿足電源性能要求，提高了服務(wù)器的能源轉(zhuǎn)換效率。

基于該技術(shù)，英特爾與烽火超微緊密合作設(shè)計(jì)面向數(shù)據(jù)中心的低能耗服務(wù)器，既實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器能耗的降低，又以最小的改動(dòng)并確保新技術(shù)和原有主板的良好兼容性。測(cè)試結(jié)果顯示，對(duì)于一個(gè)擁有20萬(wàn)臺(tái)雙路EGS平臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，配置 TDP（Thermal Design Power，熱功耗）為350W的CPU，在電費(fèi)成本0.12美元的條件下，五年內(nèi)可以節(jié)省最高900多萬(wàn)美元的電費(fèi)。

01

降低服務(wù)器能源損耗

從創(chuàng)新的主板設(shè)計(jì)開始

事實(shí)上，CPU功耗的不斷增加給服務(wù)器主板帶來(lái)硬件上的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。高功耗的CPU需要主板電源線路承載更大的電流。而電流的增加就意味著電能在傳輸中功率損失的增加。這些功率損耗還會(huì)轉(zhuǎn)化為廢熱，增加服務(wù)器的散熱負(fù)荷。

主板設(shè)計(jì)能做的是盡量降低電源供電傳輸路徑上的阻抗，以滿足高功耗CPU的性能要求。這里的傳輸路徑阻抗包含了印刷電路板、封裝和插槽部分。而縮短導(dǎo)體長(zhǎng)度、增加導(dǎo)體截面積則可以降低阻抗。主板設(shè)計(jì)中降低供電傳輸路徑阻抗的傳統(tǒng)解決方法是增加印刷電路板（PCB）疊層或鋪更厚的銅，以增加電源層導(dǎo)體的總截面積。但這種方案會(huì)帶來(lái)成本上的大幅上升，譬如PCB從12層變更為14層，會(huì)增加成本 20%左右。

創(chuàng)新的英特爾電源匯流排技術(shù)并不增加PCB疊層，而是通過(guò)在主板背面增加額外的供電銅排來(lái)實(shí)現(xiàn)（見圖1）。該技術(shù)給原有主板設(shè)計(jì)帶來(lái)的改動(dòng)影響很小，只需要將一定厚度（0.8mm）的銅排，用表面貼裝技術(shù)（SMT）組裝到主板上即可。相應(yīng)的，CPU的背板需要切割出相當(dāng)于銅排大小的凹槽，以容納凸起于主板表面的銅排。銅排與背板凹槽接觸的一面覆蓋絕緣漆，另一面與主板上的供電路徑焊接在一起，即可實(shí)現(xiàn)電流導(dǎo)通能力的提升。

圖1：傳統(tǒng)提升供電布線方法（左）；電源匯流排技術(shù)提升供電布線方法（右）

要實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案的技術(shù)難點(diǎn)主要在于：

1

CPU背板的凹槽變動(dòng)帶來(lái)的CPU插座端的性能影響評(píng)估，如強(qiáng)度等

2

主板上PCB布線的改動(dòng)

3

生產(chǎn)加工工藝技術(shù)對(duì)良率的影響，譬如匯流排焊接空泡率的控制等

顯然，電源匯流排技術(shù)的實(shí)施需要生態(tài)鏈廠商的大力配合。英特爾聯(lián)合供應(yīng)鏈生態(tài)伙伴共同開展技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證，確保了新技術(shù)變更下的產(chǎn)品指標(biāo)滿足需求，如匯流條在焊接后的空泡率等達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)等。

02

與烽火超微聯(lián)合研發(fā)

實(shí)現(xiàn)約10W的整機(jī)節(jié)能

英特爾與烽火超微進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，將電源匯流排技術(shù)應(yīng)用到了后者基于英特爾Eagle Stream平臺(tái)的項(xiàng)目中。烽火超微依據(jù)服務(wù)器量產(chǎn)的所有測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，全方位、系統(tǒng)性地評(píng)估了方案的可行性，測(cè)試結(jié)果顯示這項(xiàng)技術(shù)是完全滿足量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的。烽火超微應(yīng)用電源匯流排技術(shù)的主板CPU插座背面如圖2（右側(cè)）所示：

圖2：原主板CPU插槽背面及背板（左）；電源匯流排技術(shù)改進(jìn)后的主板背面及背板（右）

測(cè)試結(jié)果顯示，對(duì)于配置了350W TDP CPU的英特爾Eagle Stream平臺(tái)兩路服務(wù)器系統(tǒng)，使用英特爾電源匯流排技術(shù)可以在CPU滿載壓力下的系統(tǒng)性能有如下直接提升：

約10W的整機(jī)功耗節(jié)省。 CPU處理器供電傳輸路徑阻抗在remote sense 點(diǎn)降低24%，在遠(yuǎn)端降低31%。

電源轉(zhuǎn)換控制器VR效率額外提升0.7%。

SPECpower在滿載時(shí)的測(cè)試分?jǐn)?shù)提高1%，優(yōu)化了系統(tǒng)能效比。 CPU插座底部附近溫度最高降低4℃。

對(duì)于CPU非滿載下的工況，應(yīng)用電源匯流排技術(shù)的樣機(jī)也有不錯(cuò)的節(jié)能效果。如80% TDP負(fù)載時(shí)，整機(jī)能耗依然可以節(jié)省多達(dá)7W。在50% TDP負(fù)載下，整機(jī)能耗可節(jié)省3W。多種功耗下的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，CPU功耗越高，電源匯流排技術(shù)帶來(lái)的節(jié)能效果越可觀。

將節(jié)約的能耗轉(zhuǎn)換成電費(fèi)進(jìn)一步估算：假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心部署了20萬(wàn)臺(tái)前述配置的Eagle Stream平臺(tái)兩路服務(wù)器，電價(jià)為0.12美元，在連續(xù)運(yùn)營(yíng)5年后，如果按滿負(fù)荷下的能耗計(jì)算，該數(shù)據(jù)中心5年內(nèi)節(jié)省電費(fèi)最高可達(dá)931萬(wàn)美元；當(dāng)所有CPU均運(yùn)行在80% 負(fù)載下，每臺(tái)節(jié)約7W功耗，累計(jì)可以節(jié)省約616萬(wàn)美元；如果只有80%的服務(wù)器滿載，累計(jì)可以節(jié)省721萬(wàn)美元以上；如果只有50%的服務(wù)器滿載，累計(jì)可以節(jié)省406萬(wàn)美元以上；即使是一個(gè)業(yè)務(wù)量非常不飽和的業(yè)務(wù)中心，所有CPU均只運(yùn)行在50%負(fù)載下，也可以節(jié)省約195萬(wàn)美元的電費(fèi)。（見圖3）

圖3：應(yīng)用英特爾電源匯流排技術(shù)在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下電費(fèi)節(jié)省預(yù)估

此外，電源匯流排技術(shù)不僅直接提升了能效，還間接提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性和平臺(tái)的升級(jí)潛力。譬如，從降低CPU插座底部溫度看，一方面是由于阻抗減小使得損耗廢熱隨之減少，另一方面，銅排本身也提供了導(dǎo)熱和散熱功能。這使得服務(wù)器主板以及元器件能將熱量均衡快速的釋放到外部，保證系統(tǒng)更加穩(wěn)定運(yùn)行。面向未來(lái)處理器的發(fā)展，原有主板可以額外支持更高功耗的CPU而不需要通過(guò)增加PCB電源疊層或者增厚銅箔。

03

通力合作

為數(shù)據(jù)中心低能耗服務(wù)器設(shè)計(jì)繪上濃重一筆

在低碳節(jié)能的理念之下，烽火超微將英特爾電源匯流排技術(shù)積極導(dǎo)入到英特爾Eagle Stream服務(wù)器平臺(tái)中。在研發(fā)過(guò)程中，雙方緊密合作，進(jìn)行了多次深度技術(shù)探討，共同確定了方案，實(shí)現(xiàn)了以最小改動(dòng)的方式優(yōu)化印刷電路板的布板設(shè)計(jì)，確保了新技術(shù)和原有主板的良好兼容性設(shè)計(jì)。新的節(jié)能技術(shù)提升了烽火超微EGS平臺(tái)服務(wù)器的競(jìng)爭(zhēng)力，從節(jié)能降本、提升穩(wěn)定性、擴(kuò)展升級(jí)潛力方面為客戶提供更多的價(jià)值。

與此同時(shí)，由于生產(chǎn)工藝相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定差異性，英特爾還聯(lián)合供應(yīng)鏈生態(tài)伙伴為客戶提供全方位的技術(shù)支持。經(jīng)過(guò)多次技術(shù)溝通和推動(dòng)，連接器廠商安費(fèi)諾Amphenol和立訊Luxshare均可以提供主板背面的銅排；嘉澤Lotes提供改動(dòng)后的CPU背板；漢源Solderwell提供主板和銅排焊接接觸時(shí)所需要的固體錫片。這些廠商的積極參與也為這項(xiàng)技術(shù)迅速落地起到了關(guān)鍵的作用。

面向數(shù)據(jù)中心的低能耗服務(wù)器設(shè)計(jì)是重要的開發(fā)方向，可以更好滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的部署需要，同時(shí)符合國(guó)家雙碳戰(zhàn)略。英特爾將與諸多合作伙伴共同努力，加速節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新與落地，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期的節(jié)能減排，助力行業(yè)的綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展。