英特尔源汇流排技术:降低能耗,提升平台稳定性

英特尔源汇流排技术:降低能耗,提升平台稳定性

在数字经济时代对服务器的性能要求越来越高,服务器CPU的核心数也越来越多,主流服务器已经迈入“百核”时代;服务器CPU的能耗也在大幅增长。英特尔电源汇流排技术(Power Corridor Solution)就是英特尔为应对能耗挑战而提出的创新之一。该项专利技术可以大幅降低服务器主板在CPU供电部分的传输损耗,并满足电源性能要求,提高了服务器的能源转换效率,降低数据中心能耗。

基于该技术,英特尔低能耗服务器,既实现了服务器能耗的降低,又以最小的改动并确保新技术和原有主板的良好兼容性。测试结果显示,对于一个拥有20万台双路Eagle Stream平台服务器的数据中心,配置 TDP(Thermal Design Power,热功耗)为350W的CPU。

主板设计:

CPU功耗的不断增加给服务器主板带来硬件上的设计挑战。高功耗的CPU需要主板电源线路承载更大的电流。而电流的增加就意味着电能在传输中功率损失的增加。这些功率损耗还会转化为废热,增加服务器的散热负荷。主板设计能做的是尽量降低电源供电传输路径上的阻抗,以满足高功耗CPU的性能要求。这里的传输路径阻抗包含了印刷电路板、封装和插槽部分。而缩短导体长度、增加导体截面积则可以降低阻抗。主板设计中降低供电传输路径阻抗的传统解决方法是增加印刷电路板(PCB)叠层或铺更厚的铜,以增加电源层导体的总截面积。但这种方案会带来成本上的大幅上升,譬如PCB从12层变更为14层,会增加成本 20%左右。

英特尔Eagle Stream平台电源汇流排技术并不增加PCB叠层,而是通过在主板背面增加额外的供电铜排来实现。该技术给原有主板设计带来的改动影响很小,只需要将一定厚度(0.8mm)的铜排,用表面贴装技术(SMT)组装到主板上即可。相应的,CPU的背板需要切割出相当于铜排大小的凹槽,以容纳凸起于主板表面的铜排。铜排与背板凹槽接触的一面覆盖绝缘漆,另一面与主板上的供电路径焊接在一起,即可实现电流导通能力的提升。

传统提升供电布线方法(左);电源汇流排技术提升供电布线方法(右)



实现约10W的整机节能

英特尔将电源汇流排技术应用,基于英特尔Eagle Stream平台中。烽火超微依据服务器量产的所有测试标准,全方位、系统性地评估了方案的可行性,测试结果显示这项技术是完全满足量产标准的。烽火超微应用电源汇流排技术的主板CPU插座背面如图所示:

原主板CPU插槽背面及背板(左);电源汇流排技术改进后的主板背面及背板(右)

测试结果显示,对于配置了350W TDP CPU的英特尔Eagle Stream平台两路服务器系统,使用英特尔电源汇流排技术可以在CPU满载压力下的系统性能有如下直接提升:

1.约10W的整机功耗节省。

2.CPU供电传输路径阻抗在remote sense 点降低24%,在远端降低31%。

3.电源转换控制器VR效率额外提升0.7%。

4.SPECpower在满载时的测试分数提高1%,优化了系统能效比。

5.CPU插座底部附近温度最高降低4℃。

 

对于CPU非满载下的工况,应用电源汇流排技术的样机也有不错的节能效果。如80% TDP负载时,整机能耗依然可以节省多达7W。在50% TDP负载下,整机能耗可节省3W。多种功耗下的测试数据表明,CPU功耗越高,电源汇流排技术带来的节能效果越可观。

此外,电源汇流排技术不仅直接提升了能效,还间接提升了系统稳定性和平台的升级潜力。譬如,从降低CPU插座底部温度看,一方面是由于阻抗减小使得损耗废热随之减少,另一方面,铜排本身也提供了导热和散热功能。这使得服务器主板以及元器件能将热量均衡快速的释放到外部,保证系统更加稳定运行。面向未来处理器的发展,原有主板可以额外支持更高功耗的CPU而不需要通过增加PCB电源叠层或者增厚铜箔。

为数据中心低能耗服务器设计

在低碳节能的理念之下,实现了以最小改动的方式优化印刷电路板的布板设计,确保了新技术和原有主板的良好兼容性设计。新的节能技术提升了烽火超微EGS平台服务器的竞争力,从节能降本、提升稳定性、扩展升级潜力方面为客户提供更多的价值。

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参考来源

Intel: https://mp.weixin.qq.com/s/fesRYIawPHxWxNAyJyvEaA

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