[发明专利]一种用于超级计算机的供电方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到计算机的供电技术领域，特指一种适用于超级计算机的供电方法。

背景技术

超级计算机强大的数据处理能力为人类社会认识和改造自然界的活动带来了前所未有的帮助。然而，人们在越来越广泛地应用超级计算机时发现，超级计算机在给人类“造福”的同时也在大量消耗着人类社会宝贵的能源。因此，不仅使用单位迫切地希望能降低超级计算机的电能消耗，国际超级计算机TOP 500评选活动也将能效比（计算机处理能力与耗电量之比）列为超级计算机的三大评选指标之一。

就目前来说，超级计算机使用的主要输入能源是220V/380V交流电，其内部电源给数据处理芯片供电的电压是0.75V~5V直流电（其中主要供电电压在0.9V~2.5V之间），在从220V/380V交流电到低压直流电的变换过程中通常要损耗四分之一以上的电能。

电源变换过程中的电能损耗与超级计算机的供电方式密切相关，供电方式即是指怎样将交流电变换成数据处理芯片所需的各种低压直流电。不论采用何种供电方式都要受超级计算机特有供电要求的限制：

1、刀片式结构是当前超级计算机的一种常用结构，即多块相互平行的插件板经插头和插座连接与它们垂直的机柜背板，各插件板之间通过机柜背板实现电气连接（包括信号、电源和地线连接）。为提高机器的组装密度，往往相邻插件板的中心距通常只有1U（约44毫米）。

2、由于超级计算机的数据处理芯片对电源的稳定性和瞬态响应能力有较高要求，电源的输出端口需尽可能靠近用电芯片，以减少从电源端口到芯片之间的电压降，并提高电源在负载电流突然变化时的瞬态响应能力。然而另一方面，出于安全和减少电磁干扰等方面的考虑，又不能将220V/380V交流电直接接入插件板和机柜背板，从而决定了超级计算机的供电需要通过多级电源变换来实现。

3、与其它电子设备的供电要求有所不同，在超级计算机中直接为数据处理芯片供电的末级电源一般不采用隔离型（带变压器的）稳压电源，因这类电源的瞬态响应能力不够。而非隔离型稳压电源不允许输入电压太高，否则PWM占空比会很低，导致电源变换的效率低和电源变换时产生的电磁干扰大。目前，许多高档CPU都采用12V输入的非隔离型电源供电。

现有技术中，一种适用于超级计算机的传统供电方式如图1、图2、图3和图7所示。前级电源1将交流市电变换成48V直流电，前级直流母线2将前级电源1输出的电能输送到计算机的机柜背板3上，机柜背板3通过插件板电源输入插座301将电能送入各插件板7；各插件板7上的中间级电源4将48V直流电转变成12V直流电，后级直流母线5将12V直流电送至各个末级电源6；位于数据处理芯片附近的末级电源6将12V电压变换成芯片供电所需的各种直流低电压。其中，前级电源1由多台具有图2所示结构的普通的AC/DC电源11并联组成，每台AC/DC电源11的内部包括交流电输入接口111、整流桥112、升压与输入功率因数校正电路113以及降压型DC/DC变换电路114。前级直流母线2为一组（两根）铜电缆或汇流铜条。机柜背板3的结构如图7所示，前级直流母线2输送的 48V直流电通过连接前级直流母线的端子303引入机柜背板3，再经机柜背板3中的导电铜层送至各个插件板电源输入插座301。中间级电源4采用48VDC输入/12VDC输出的隔离型DC/DC变换器。后级直流母线5是插件板7中输送12V电源能量的印制线。末级电源6是非隔离型DC/DC变换器。上述传统供电方式的主要缺点就在于：供电效率比较低，从交流市电到末级电源6输入端的变换与传输效率≤86％。