80 PLUS : pourquoi vous avez besoin d'alimentations en titane dans votre centre de données

La nécessité de traiter des quantités massives de données est essentielle pour soutenir la vie des gens et le fonctionnement des entreprises. L'IA/ML, le e-commerce, la navigation, et d'autres technologies modernes dépendent de la puissance de calcul fournie par les centres de données. Nous pensons souvent à la puissance de calcul comme résultat — la quantité de processus terminés dans un temps donné. Tout aussi importants, cependant, sont les apports. Une alimentation électrique adéquate est essentielle pour permettre des performances maximales. Cet article de Bel explore les avantages des alimentations électriques en titane dans les applications de centres de données.

Le point commun entre les plus grandes tendances récentes en technologie est qu'elles nécessitent toutes d'énormes quantités de puissance de calcul. L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique (IA/ML) peuvent nécessiter des quantités massives de puissance de calcul pour exécuter des algorithmes spécifiques; les superordinateurs sont souvent utilisés pour effectuer le traitement. L'IA/ML nécessite également souvent des quantités énormes de données pour entraîner correctement les algorithmes. Comme l'informatique en nuage, le stockage et le traitement de ces informations nécessitent des centres de données remplis de serveurs, routeurs et commutateurs - qui consomment tous de grandes quantités d'énergie.

Cette nouvelle génération de calcul impose des exigences strictes aux composants et systèmes nécessaires au fonctionnement de ces machines. D’une importance primordiale dans toutes ces applications informatiques est l’alimentation électrique. Il ne suffit plus de « simplement » fournir de l’énergie. Les contraintes thermiques doivent être respectées, une plus grande efficacité énergétique doit être atteinte, la redondance doit être mise en place, et une haute fiabilité est requise.

Tout système informatique bien conçu prendra en compte tous ces facteurs. En fait, des réglementations et des certifications commencent à régir certaines de ces exigences et aident à identifier les alimentations électriques qui répondent à certains critères.

Un exemple est 80 PLUS. Il établit des exigences strictes pour les alimentations électriques, garantissant leur efficacité énergétique. Les spécifications exigent que les alimentations électriques atteignent au moins 80 % d'efficacité énergétique à différents niveaux de charge - 20 %, 50 % et 100 %. Par exemple, pour obtenir la certification de base 80 PLUS, une alimentation doit fonctionner avec une efficacité de 80 % aux charges spécifiées. Les normes deviennent progressivement plus strictes pour les certifications supérieures comme Bronze, Argent, Or, Platine et Titane.

Le programme 80 PLUS est un programme de certification lancé au début des années 2000. Il a d'abord été mis en place par Ecos Consulting mais est maintenant géré par CLEARResult. C'est un programme volontaire qui aide les fabricants à promouvoir des conceptions écoénergétiques destinées à être utilisées dans les ordinateurs. Pour obtenir la certification 80 Plus, les alimentations électriques doivent être au moins 80 % efficaces à 20 %, 50 % et 100 % de la charge nominale et atteindre un facteur de puissance de 0,9 ou plus à une charge de 100 %.

L'efficacité énergétique est peut-être la mesure la plus connue des deux. En termes simples, l'efficacité de l'alimentation électrique est le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée totale, exprimé en pourcentage.

En raison des effets non idéaux des composants électroniques utilisés dans les alimentations électriques, une efficacité à 100 % n'est pas possible. Ces effets peuvent inclure les pertes de commutation et de conduction dans les composants actifs, tels que les transistors et les redresseurs, les pertes résistives dans les fils, les enroulements, les pistes PCB, et les pertes alternatives dans le transformateur. L'énergie perdue dans ces composants est généralement dissipée sous forme de chaleur, ce qui peut créer des problèmes supplémentaires.

Le facteur de puissance est un peu plus complexe. Il s'agit d'un rapport entre la puissance réelle et la puissance apparente, et sa valeur maximale est de un. La puissance réelle, mesurée en watts, fait référence à la puissance qui effectue un travail et est consommée par l'alimentation électrique et la charge. 90 degrés en décalage de phase par rapport à la puissance réelle est la puissance réactive, mesurée en voltampères réactifs (VAR). Le courant réactif circule simplement dans le système sans effectuer de travail. La puissance apparente est la magnitude de la somme vectorielle de la puissance réelle et de la puissance apparente, ce qui équivaut également au produit de la tension efficace et du courant.

Dans un circuit purement résistif, le facteur de puissance est 1 et toute la puissance apparente produit du travail. Cependant, lorsque des composants réactifs tels que des inductances et des condensateurs sont introduits dans les circuits et les charges, le courant se décale par rapport à la tension et le facteur de puissance diminue en raison de l'ajout de puissance réactive. Dans les circuits non linéaires, tels que les alimentations à découpage, il y a également des harmoniques à prendre en compte. Le courant harmonique est réactif et diminue donc également le facteur de puissance.

L'impact d'un facteur de puissance faible est une augmentation du courant d'entrée. Cela conduit à des câblages et des réseaux de distribution plus grands et plus coûteux, une capacité réduite sur les circuits de branchement et des coûts accrus.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles un concepteur choisirait une alimentation certifiée 80 Plus plutôt que d'autres qui ne le sont pas. Une grande raison est le coût. Des alimentations plus efficaces se traduisent par moins d'énergie gaspillée. Cela signifie que des alimentations plus efficaces peuvent aider à réduire les coûts d'exploitation de grandes installations. L'énergie gaspillée est généralement dissipée sous forme de chaleur, nécessitant souvent des systèmes de refroidissement qui non seulement ajoutent des coûts mais peuvent aussi occuper un espace précieux et créer du bruit indésirable. Moins de chaleur et moins (ou pas) de ventilateurs en fonctionnement aident également à prolonger la durée de vie d'un produit et la fiabilité globale d'un système.

Comme son nom l'indique, lorsque la certification 80 Plus a été introduite pour la première fois, elle exigeait seulement que les alimentations soient au moins 80 % efficaces à 20 % de charge, 50 % de charge et 100 % de charge. Ce niveau d'efficacité est désormais connu sous le nom de 80 Plus Basic. Depuis l'introduction du programme, cinq niveaux de certification supplémentaires ont été ajoutés. Le programme 80 Plus comprend désormais les niveaux de certification suivants :

Chacune de ces certifications est ensuite divisée en sous-catégories basées sur la tension d'entrée AC. Cela aide les fabricants à cibler différentes régions du monde. Ces sous-catégories incluent 115V interne non redondant, 230V interne redondant, 115V industriel, 230V UE interne non redondant, et 380V DC.

Les différents niveaux de certification, ainsi que 3 des différentes sous-catégories, sont présentés dans le tableau ci-dessous. Il convient également de noter que le niveau de certification le plus élevé, 80 Plus Titanium, a introduit une charge nominale supplémentaire de 10 %.

Les alimentations sont généralement les plus efficaces entre 50 % et 75 % de leurs charges nominales. Cependant, à des charges plus légères, l'efficacité de l'alimentation peut chuter de manière significative. En effet, à l'exception des alimentations certifiées Titanium, toute alimentation certifiée 80 Plus peut descendre en dessous de 80 % d'efficacité à des charges inférieures à 20 %. Cela étant dit, le niveau de certification Titanium exige que toutes les alimentations atteignent au minimum 90 % d'efficacité à 10 % de leur charge nominale.

La réduction de la consommation d'énergie – être écologique ou respectueux de l'environnement – est un avantage en soi, mais améliorer l'efficacité des alimentations électriques est également important pour les coûts. Les fermes de serveurs et les centres de données peuvent économiser une somme substantielle d'argent en intégrant des alimentations électriques plus efficaces dans leurs systèmes.

La puissance perdue est calculée avec l'équation suivante :

Par exemple, une alimentation certifiée Gold de 1000 W perdrait 87 W de puissance en charge totale. Cela suppose une alimentation non redondante de 230V avec une efficacité de 92%. D'autre part, une alimentation équivalente de 1000 W qui est certifiée Titanium (96% d'efficacité) ne perdrait que 42 W d'énergie, soit une réduction de 52% de la dissipation de puissance.

Il y a 8 760 heures dans une année. En supposant que l'alimentation électrique fonctionne pendant toute cette période, nous pouvons calculer l'énergie totale consommée par an en kWh comme suit : (1000 W + 87 W) * (8760 heures/an) / (1000 W/kW) = 9522 kWh/an.

De même, pour une alimentation avec une efficacité de 96 %, cela équivaudrait à 9128 kWh. À environ 0,15 $ par kWh, la différence de 394 kWh par an peut ne pas sembler significative au départ (environ 59 $ par alimentation par an), mais rappelez-vous que nous comparons seulement une alimentation. Les centres de données et les fermes de serveurs ont des milliers de racks d'équipement, chacun nécessitant plusieurs alimentations. Les économies de coûts commencent à s'accumuler très rapidement et peuvent facilement atteindre des centaines de milliers de dollars.

Alors que les centres informatiques deviennent plus grands et que les applications deviennent plus exigeantes, les alimentations électriques à haute efficacité seront plus importantes que jamais. Elles contribueront non seulement aux économies de coûts et à la fiabilité, mais elles permettront de rendre les systèmes possibles en réduisant la chaleur et l'espace nécessaires. Parmi les solutions idéales, on trouve des alimentations telles que la gamme d'alimentations certifiées Titanium de Bel Power Solutions.

Bel Power Solutions propose 14 familles d'alimentations électriques et plus de 30 produits qui répondent tous au niveau de certification Titanium 80 Plus. L'expérience approfondie de Bel dans la conception électronique permet à Bel d'offrir l'une des plus larges sélections de conceptions avant certifiées Titanium. Si quelque chose de différent est nécessaire, Bel Power Solutions offre également l'option d'alimentations personnalisées. Les clients peuvent contacter pour faire concevoir une solution personnalisée répondant à leurs exigences spécifiques.