数字经济高速发展，数据量爆发式增长。算力作为数字经济核心生产力，成为全球战略竞争新焦点。国家重大战略工程"东数西算"应运而生，在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃宁夏8地启动建设算力网络国家枢纽节点，并规划了张家口等10个国家数据中心集群[1]。
“东数西算"中的“数”，指数据、“算"指算力，即对数据的处理能力[2]。将东部算力有序引导到西部，并促进东西部协同联动。
在算力上， “东数西算”取得了非常喜人的成绩：今年以来，全国10个国家数据中心集群中，新开工项目25个，数据中心规模达54万标准机架，算力超过每秒1350亿亿次浮点运算，带动各方面投资超过1900亿元[3]。
但除了在算力上的建设，“东数西算”还有着实现绿色能源的目标：数据中心电能利用效率指标控制在1.25以内，可再生能源使用率显著提升[4]。为实现这一目标，电源架构至关重要。
电力是核心问题
“东数西算"背后不仅仅是投资规模及其带来的产业发展机遇，更重要的是统筹优化数据中心的能源使用效率[5]。
目前，国内数据中心大多盘踞东部地区，由于土地、能源等资源日趋紧张，日趋大规模的数据中心在东部难以为继。而国内西部地区资源充裕，特别是可再生能源丰富[6]。
但“东数西算"的核心问题是电力，据有关机构预测，目前我国数据中心耗电量约占全社会用电量的2%左右，预计到2030年，我国数据中心的耗能将从2018年的1609亿千瓦时增长到2030年的4115亿千瓦时[7]。
另据预计，2025年中国数据中心总用电量将达到3852亿千瓦时，约占中国全社会用电量的4%[8]。
德州仪器（TI）区域销售经理Rui Chen表示，当前数据中心由于历史原因大部分分布在中东部发达地区，由于中东部地区的绿色能源供应（水电、核电、风电、太阳能）天然较缺乏，这对于数据中心绿色化带来物理距离的挑战。
“国家目前正在推进的‘东数西算’工程，有利于促进绿色发展，加大数据中心在西部布局，将大幅提升绿色能源使用比例，就近消纳西部绿色能源。”Rui Chen如是说。
容易被忽视的环节
数据中心电源系统作为“东数西算”中至关重要的一环往往会被忽视，但它却十分重要，直接影响着能源效率。那么数据中心电源架构是什么？
数据中心电源架构分为两个不同阶段。第一阶段是从市电220V或者380V AC转到IT系统主板所需电源（12V或者48V DC），这一部分一般是由专门的PSU来实现的。服务器PSU功率等级一般从550W 到3000W以上不等，内部的架构分成PFC和DCDC两级，输出电压一般为12V，也有部分规格是48V输出。
第二个阶段是IT系统主板上所需的板载电源。可以根据后级的负载不同由不同的电源系统来组成。后级如果是CPU/GPU/FPGA/ASIC等功率较大的负载，一般是通过多相电源系统进行供电。如果是一些较小的负载点的供电一般是由DC/DC或者LDO来进行供电。
很多新型的电源技术，例如GaN，也会率先利用在数据中心。以服务器PSU为例，和传统的工业AC-DC电源相比，规格和拓扑架构十分相似，但主要有三种技术差异。
其一，效率要求更高。稳定高效的电源系统是保证数据中心正常连续工作的基本保障。由于数据中心的耗电量是惊人的，1%的电源效率提升对应的数据中心的运营成本节省也是十分可观的。从白金到钛金效率要求的变化（80PLUS 规格）逐渐成为了新一代服务器PSU的硬性要求。
其二，功率密度更大。随着数据中心算力越来越高，对配套电能的需求量也会大幅提升，对服务器PSU供应商来说，如果可以在相同的电源尺寸内提升功率，就可以在不扩建机房的情况下满足更高的算力要求。因此，在相同的外形尺寸下，TI将功率密度大大提升，功率范围扩大至1800W~3600W，甚至有高达5000W的服务器电源。
其三，负载响应更快。由于服务器CPU的算力逐步提升，对瞬态电流的响应速度要求也越来越高，因此要求服务器PSU支持更高的负载跳变，从过去的1A/us到现在的2.5A/us，甚至更高。
“东数西算”的重要力量
“东数西算”中基础设施是关键，数据中心电源系统建设也存在着诸多挑战。用电效益的提高催生了电源装置 (PSU) 的发展，以提供高能效、快速瞬态响应、高功率密度和更大的电源容量，这就需要更复杂的电源拓扑、更高的实时控制性能以加快控制回路的执行、在采用 GaN等宽带隙功率器件时减少功耗同时还要保持更高的开关频率。
因此为了更好地服务“东数西算”，全球先进的公司都在为此贡献力量。德州仪器在中国有北京，上海，深圳三个研发中心，其研发很多电源产品正是符合东数西算数据中心的需求。
德州仪器区域销售经理Jack Chen强调，德州仪器不仅聆听本土客户的需求，在中西部地区如成都、西安等地都有TI分公司，坚持以及时、高效、可靠的现场技术支持服务赋能客户成功。
德州仪器是一家全球领先的半导体公司，专注于模拟和嵌入式半导体的设计、制造、测试和销售，产品系列拥有大约80000 种产品，可帮助约100000名客户高效地管理电源、准确地感应和传输数据并在其设计中提供核心控制或处理。
德州仪器作为业界服务器板上供电的主要供应商之一，其C2000™实时MCU提供了诸如低延迟信号链、高脉宽调制 (PWM) 灵活性和分辨率、高控制环路速度和高开关频率等特性；多相电源产品采用数字方案使得设计和调试更加灵活，独有的DCAP+拓扑提升了变换器的动态性能，效率提升至95%以上；新一代PoL产品在产品尺寸和开关效率方面都有显著提升；PCle redriver产品功耗低，性价比高，从PCIE Gen3到Gen5都有对应的产品；eFuse产品相较传统的物理保险丝有很多优势，保护动作更快、电流限制点更精确，保护可恢复，在服务器中主要用于硬盘、风扇和PCIE外设的保护，大大提升了系统的可靠性。
值得一提的是，德州仪器的支持遍布全球，在全球15个制造基地中，有11家晶圆制造厂、7家组装和测试工厂，因此能在客户需要时可靠地交付客户所需的高质量产品。在过去几十年间，德州仪器一直在推动IC技术的发展并提高大批量可靠生产IC的能力。使芯片技术变得更小巧、更高效、更可靠、更实惠，这将助力东数西算的布局和发展。
作者丨付斌
References：
[1] 孙天,梅雅鑫,钱一鸣.“东数西算”三大挑战待解移动云有何良策?[J].通信世界,2022(08):26-27.DOI:10.13571/j.cnki.cww.2022.08.009.
[2] 李永桃. 何来“东数西算”？[N]. 内蒙古日报(汉),2022-04-26(009).
[3] 李可愚. “东数西算”工程 带动各方面投资超1900亿元[N]. 每日经济新闻,2022-04-18(002).DOI:10.28571/n.cnki.nmrjj.2022.001372.
[4] 李元丽. “东数西算”为可再生能源提供了新舞台[N]. 人民政协报,2022-02-22(006).DOI:10.28660/n.cnki.nrmzx.2022.001009.
[5] “东数西算”:数字经济新基建的布局版图[J].中国工业和信息化,2022(04):28-29.
[6] “东数西算”促西部绿色能源发展 我国正形成四个氢能产业集聚区[J].产城,2022(02):77.
[7] 徐进.“东数西算”工程将给能源电力行业带来哪些革命性变化[J].中国电力企业管理,2022(07):8-9.
[8] 傅文军,钱军波,毛雄飞,杨佳明,童军,管进福,程舒雯.东数西算试点建设的能源一体化管理量化研究[J].中国仪器仪表,2022(04):44-48+56.