来源：芝能汽车

数据中心已经成为现代社会不可或缺的一部分，支持着从简单的网页浏览到复杂的人工智能模型训练等多种应用。随着数据处理需求的增长，数据中心的电力输送面临着前所未有的挑战。

最初，数据中心的电力需求相对较低，每台服务器的功耗通常只有几百瓦。数据处理需求的增加，尤其是人工智能和大型语言模型 (LLM) 的普及，服务器的功耗也大幅上升。例如，NVIDIA 的 Grace Blackwell 芯片的功耗已经达到 5 到 6 千瓦，是过去服务器功耗的 10 倍。

这种变化使得数据中心的电力管理变得更加复杂。功率是电压乘以电流的结果，因此在不改变电压的情况下提高功率就需要增加电流。大电流会导致电线过热甚至熔化，传统的电力传输方式已经无法满足现代数据中心的需求。

提高电压以应对功率需求

为了应对这种挑战，数据中心开始采用更高的电压来传输电力。曾经服务器通常运行在 12 伏的电压下，但现在像 NVIDIA 这样的公司已经将电压提高到 48 伏。这一变化使得在相同电流下可以传输更多的功率，从而减少了对电线的要求。

提高电压也带来了新的问题。电压的提升需要重新设计电源模块和相关的电力电子产品，以确保在提高功率密度的同时不影响系统的可靠性。到 2025 年，传统数据中心的功耗预计将增加 50%，这对电源转换效率和功率密度提出了更高的要求。

数据中心的电力输送不仅仅是简单的电力传输问题，而是一个涉及多个层面的复杂系统。数据中心电力管理与芯片设计有着相似的演变过程。在芯片设计中，EDA 工具最初是为单个晶体管服务的，但随着需求的增加，集成工具和流程变得越来越重要。

数据中心的电力管理也需要从单个模块扩展到整个系统级别的优化。这种系统级的电力优化包括从主板到机架，再到整个数据中心的电力管理。当谈到全球范围内的数据中心时，能源需求的管理变得尤为重要。这不仅仅是为了降低功耗，更是为了应对不断变化的需求和限制。

Part 2

芯片设计对电力需求的影响

随着人工智能技术的发展，最新的 AI 芯片（如 GPU）在处理更大、更快的计算任务时消耗的能量也在显著增加。一些服务器的功耗已经超过 2 千瓦。为了应对这种挑战，芯片架构师正在努力设计能够在不影响性能的情况下优化功耗的芯片。

● 数据中心的电力管理不仅仅是处理芯片的功耗问题。数据中心的上游配电也在发生变化，包括将机架中的分布式总线电压从 12 伏更改为 48 伏。这种变化使得电流减少了四倍，从而大幅减少了传导损耗。

● 另一个影响数据中心电力管理的重要因素是数据中心的选址。通常，数据中心位于城市地区，这使得它们的能源效率受到限制。城市中的数据中心不仅要满足自身的电力需求，还要与周边居民的电力需求竞争。

因此，一些地区已经开始限制新数据中心的建设，甚至要求现有的数据中心在紧急情况下减少电力负荷。一些大型数据中心正在考虑建造自己的发电厂，以提供所需的电力，尤其是来自可持续和可靠来源的电力。例如，太阳能、风能与储能相结合，甚至是正在开发的小型模块化核反应堆 (SMR)，都成为了潜在的解决方案。

电力损耗是数据中心电力管理中的一个关键问题，数据中心的电力传输通常涉及多个电压转换和调节阶段，每次转换都会导致一定的电力损耗。服务器运行在 48 伏电压下，但芯片仍然需要在更低的电压（如 12 伏、5 伏甚至 1 伏）下运行。这意味着每次电压降低都会损失部分功率，进而影响整体效率。

为了减少这种损耗，数据中心的基础设施需要将建筑公用设施电源转换为机架级的单相或三相电源。每个转换阶段的效率各不相同，但总体来看，电力损耗是不可避免的。电力变压器通常损耗 1% 到 2% 的电力，UPS 系统的效率则为 90% 到 95% 之间。尽管这些损耗看似微小，但累积起来会对整体能效产生显著影响。

在设计数据中心的电力输送系统时，高电压的基础设施是一个至关重要的考量因素。理解芯片的电力需求以及电力来源是系统设计中的关键。这不仅涉及到电力传输，还包括电源管理、散热管理以及材料的老化问题。

随着 3D-IC 芯片组的逐渐增大，电源垂直分配到芯片组的需求变得更加复杂。例如，Tesla D1 Dojo 芯片中的电源系统设计需要考虑到热分布和系统技术协同优化。这种复杂性要求架构师在设计时充分考虑电源的管理和分配。数据中心电力输送的挑战将落在芯片和系统架构师的肩上。

架构师主要关注数字化和处理器的设计，但随着电力需求的增加，电源的实现和集成变得更加重要。这不仅涉及到电力传输的效率，还包括如何在设计中处理电力噪声和波动。

在现实世界中，架构师不仅需要关注设计的理论性能，还要确保设计能够在实际操作中实现。这意味着架构师必须考虑电源的清洁度、布线的复杂性，以及系统在实际运行中的表现。

随着数据处理需求的不断增加，数据中心的电力输送面临着前所未有的挑战。从提高电压到优化系统架构，从选择数据中心的选址到管理电力损耗，所有这些因素都需要在设计过程中得到充分考虑。数据中心的电力管理将不仅仅是一个技术问题，更是一个系统级的挑战。

为了应对这些挑战，数据中心的设计需要更加关注电力输送的效率和可靠性，以确保在满足日益增长的计算需求的同时，最大限度地减少能耗并提高系统的整体效能。

特别声明：以上内容仅代表作者本人的观点或立场，不代表新浪财经头条的观点或立场。如因作品内容、版权或其他问题需要与新浪财经头条联系的，请于上述内容发布后的30天内进行。

相关标签：