80 PLUS: 데이터 센터에 티타늄 전원 공급 장치가 필요한 이유
사람들의 생활 방식과 기업의 운영을 지원하기 위해 대량의 데이터를 처리하는 것은 필수적입니다. AI/ML, e-commerce, 내비게이션 및 기타 현대 기술은 데이터 센터가 제공하는 컴퓨팅 성능에 의존하고 있습니다. 우리는 종종 컴퓨팅 성능을 출력으로 생각합니다 — 특정 시간 내 완료된 프로세스의 양. 그러나 입력 또한 똑같이 중요합니다. 적절한 전원 공급은 최대 성능을 가능하게 하는 데 필수적입니다. Bel의 이 기사는 데이터 센터 응용 분야에서 티타늄 전원 공급 장치의 이점을 탐구합니다.
최신 기술 트렌드의 가장 큰 공통점 중 하나는 모두 엄청난 양의 컴퓨팅 파워를 필요로 한다는 점입니다. 인공지능과 머신러닝(AI/ML)은 특정 알고리즘을 실행하기 위해 막대한 계산 능력을 필요로 할 수 있으며, 종종 슈퍼컴퓨터가 처리 작업에 사용됩니다. AI/ML은 또한 알고리즘을 올바르게 훈련시키기 위해 막대한 양의 데이터를 필요로 하기도 합니다. 클라우드 컴퓨팅처럼 이 정보를 저장하고 처리하려면 서버, 라우터 및 스위치로 가득 찬 데이터 센터가 필요하며, 이는 모두 많은 전력을 소비합니다.
고성능 컴퓨팅에서 효율성은 점점 더 중요해지고 있습니다
새로운 세대의 컴퓨팅은 이러한 기계를 운영하는 데 필요한 부품과 시스템에 엄격한 요구를 부과하고 있습니다. 이러한 모든 컴퓨팅 애플리케이션에서 가장 중요한 것은 전원 공급 장치입니다. 이제 단순히 전원을 공급하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 열 제한을 충족해야 하고, 더 높은 전력 효율을 달성해야 하며, 중복성을 마련해야 하고, 높은 신뢰성을 요구합니다.
모든 잘 설계된 컴퓨팅 시스템은 이러한 모든 요소를 고려할 것입니다. 실제로, 규정과 인증은 이 요구사항 중 일부를 규제하기 시작했으며 특정 기준을 충족하는 전원 공급 장치를 식별하는 데 도움을 주고 있습니다.
하나의 예는 80 PLUS입니다. 이는 전원 공급 장치의 에너지 효율을 보장하기 위해 엄격한 요구 사항을 설정합니다. 사양은 전원 공급 장치가 다양한 부하 수준 - 20%, 50%, 100%에서 최소 80%의 에너지 효율을 달성하도록 요구합니다. 예를 들어 기본적인 80 PLUS 인증을 받으려면 전원 공급 장치가 지정된 부하에서 80% 효율로 작동해야 합니다. 브론즈, 실버, 골드, 플래티넘, 티타늄과 같은 상위 인증의 경우 기준이 점점 더 엄격해집니다.
80 PLUS 프로그램이란 무엇인가요?
80 PLUS 프로그램은 2000년대 초반에 시작된 인증 프로그램입니다. 처음에는 Ecos Consulting에 의해 구성되었으나 현재는 CLEARResult에 의해 운영되고 있습니다. 이 프로그램은 제조업체가 컴퓨터에서 사용하기 위한 에너지 효율적인 설계를 홍보할 수 있도록 돕는 자발적인 프로그램입니다. 80 PLUS 인증 기준을 충족하려면 전원 공급 장치가 정격 부하의 20%, 50%, 100%에서 최소 80% 이상의 효율을 제공하고, 100% 부하에서 0.9 이상의 전력 계수를 달성해야 합니다.
그러나 전력 효율성과 역률이 정확히 무엇일까요?
전원 공급 효율 계산
전력 효율은 두 가지 측정 중 더 잘 알려진 것입니다. 간단히 말해, 전원 공급 효율은 출력 전력을 전체 입력 전력으로 나눈 비율을 백분율로 나타낸 것입니다.
방정식 1
전원 공급 장치에 사용되는 전자 부품의 비이상적 효과로 인해 100% 효율성을 달성하는 것은 불가능합니다. 이러한 효과는 트랜지스터 및 정류기와 같은 활성 부품에서의 스위칭 및 전도 손실, 와이어, 권선, PCB 트레이스의 저항 손실, 그리고 변압기에서의 AC 손실일 수 있습니다. 이러한 부품에서 손실된 에너지는 일반적으로 열 형태로 소산되며, 추가적인 문제를 초래할 수 있습니다.
전력 요소 계산하기
역률은 약간 더 복잡합니다. 이는 실제 전력과 겉보기 전력의 비율이며 최대 값은 1입니다. 와트로 측정되는 실제 전력은 작업을 수행하고 전원 공급 장치 및 부하에 의해 소비되는 전력을 나타냅니다. 실제 전력에서 90도 위상차를 가진 반응 전력은 VAR(volt-amps reactive)로 측정됩니다. 반응 전류는 단순히 시스템 내부에서 순환하며 작업을 수행하지 않습니다. 겉보기 전력은 실제 및 겉보기 전력의 벡터 합의 크기이며, rms 전압 및 전류 곱과도 같습니다.
실제 및 무효 성분과 결과적인 겉보기 전력 벡터를 보여주는 전력 삼각형.
그림 1
방정식 2
순수 저항성 회로에서는 전력 계수가 1이며, 모든 겉보기 전력이 작업을 수행합니다. 그러나 회로와 부하에 인덕터 및 커패시터와 같은 리액티브 구성 요소가 포함되면 전류 파형이 전압에 대해 이동하며, 리액티브 전력의 추가로 인해 전력 계수가 낮아집니다. 스위칭 전원 공급 장치와 같은 비선형 회로에서는 고조파도 걱정해야 합니다. 고조파 전류는 리액티브 전력이며, 따라서 전력 계수를 낮춥니다.
저역률의 영향은 입력 전류가 증가하는 것입니다. 이는 더 크고 비용이 많이 드는 케이블링 및 배전 네트워크, 가지 회로의 용량 감소, 그리고 비용 증가로 이어집니다.
디자이너가 인증되지 않은 기타 제품 대신 80 Plus 인증 전원 공급 장치를 선택하는 데는 여러 가지 이유가 있습니다. 주요 이유 중 하나는 비용 절감입니다. 높은 효율을 가진 전원 공급 장치는 낭비되는 전력을 줄이는 데 도움을 줍니다. 이는 효율적인 전원 공급 장치가 대규모 시설의 운영 비용을 줄이는 데 도움을 줄 수 있음을 의미합니다. 낭비되는 전력은 일반적으로 열의 형태로 발산되며, 종종 추가 비용이 드는 냉각 시스템이 필요하거나 소중한 공간을 차지하며 불필요한 소음을 발생시키기도 합니다. 열이 적고 팬 작동이 적거나 필요 없으면 제품의 수명을 연장하고 시스템의 전반적인 신뢰성을 높이는 데도 도움이 됩니다.
80 PLUS 효율 등급
이름에서 알 수 있듯이, 80 Plus 인증이 처음 도입되었을 때는 전원 공급 장치가 20% 부하, 50% 부하, 100% 부하에서 최소 80%의 효율을 가져야 한다는 요구만 있었습니다. 이 효율 수준은 이제 80 Plus 기본이라고 알려져 있습니다. 프로그램이 도입된 이후로 다섯 가지 추가 인증 수준이 추가되었습니다. 현재 80 Plus 프로그램은 다음과 같은 인증 수준으로 구성됩니다:
현재 80-Plus 수준.
그림 2
이러한 인증 각각은 AC 입력 전압에 따라 하위 카테고리로 더 나뉩니다. 이는 제조업체가 세계의 다양한 지역을 목표로 할 수 있도록 돕습니다. 이러한 하위 카테고리에는 115V 내부 비중복, 230V 내부 중복, 115V 산업용, 230V EU 내부 비중복, 380V DC가 포함됩니다.
다양한 인증 등급과 3가지 하위 카테고리는 아래 표에 설명되어 있습니다. 또한, 최고 수준의 인증인 80 Plus Titanium은 추가적으로 10%의 정격 부하가 도입되었다는 점을 언급할 가치가 있습니다.
전원 공급 장치는 일반적으로 정격 부하의 50%에서 75% 사이에서 가장 효율적입니다. 그러나 더 가벼운 부하에서는 전원 공급 장치의 효율성이 크게 떨어질 수 있습니다. 실제로 Titanium 등급 전원 공급 장치를 제외하면, 어떠한 80 Plus 인증 전원 공급 장치도 20% 미만의 부하에서 효율성이 80% 미만으로 떨어질 수 있습니다. 이를 감안할 때, Titanium 등급 인증은 모든 전원 공급 장치가 정격 부하의 10%에서 최소 90%의 효율을 유지하도록 요구합니다.
| 80 Plus 테스트 유형 | 115 V 내부 비중복 | 230 V 내부 중복 | 230 V EU 내부 비중복 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 정격 부하의 % | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% |
| 80 PLUS | N/A | 80% | 80% | 80% | - | - | - | - | - | 82% | 85% | 82% |
| 80 PLUS Bronze |
N/A | 82% | 85% | 82% | - | 81% | 85% | 81% | - | 85% | 88% | 85% |
| 80 PLUS Silver |
N/A | 85% | 88% | 85% | - | 85% | 89% | 85% | - | 87% | 90% | 87% |
| 80 PLUS Gold |
N/A | 87% | 90% | 87% | - | 88% | 92% | 88% | - | 90% | 92% | 89% |
| 80 PLUS Platinum |
N/A | 90% | 92% | 89% | - | 90% | 94% | 91% | - | 92% | 94% | 90% |
| 80 PLUS Titanium |
90% | 92% | 94% | 90% | 90% | 94% | 96% | 91% | 90% | 94% | 96% | 94% |
표 1: 내부 AC/DC 전원 공급 장치용 80 PLUS 효율 등급
높은 효율성의 중요성
전력 소비를 줄이는 것 - 친환경적이거나 환경 친화적인 것이 되는 것 - 자체적으로 이점이 있지만, 전원 공급 장치의 효율성을 향상시키는 것도 비용 측면에서 중요합니다. 서버 팜과 데이터 센터는 시스템에 더 효율적인 전원 공급 장치를 통합함으로써 상당한 비용을 절감할 수 있습니다.
낭비된 전력은 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다:
방정식 3
예를 들어, Gold 인증을 받은 1000 W 전원 공급 장치는 풀 로드에서 87 W의 전력을 낭비합니다. 이는 92% 효율의 230V 비중복 공급을 가정한 것입니다. 반면, Titanium 등급(96% 효율)의 동일한 1000 W 전원 공급 장치는 단지 42 W의 에너지를 낭비하며, 전력 소모가 52% 감소합니다.
1년은 8,760시간입니다. 전원 공급 장치가 계속 작동한다고 가정하면, 연간 소비된 총 에너지를 kWh로 계산할 수 있습니다: (1000 W + 87 W) * (8760 시간/년) / (1000 W/ kW) = 9522 kWh/년.
마찬가지로, 96% 효율의 전원 공급 장치는 9128 kWh에 해당합니다. kWh당 약 $0.15의 비용을 기준으로 하면 연간 394 kWh의 차이는 처음에는 크게 보이지 않을 수 있습니다(전원 공급 장치당 연간 약 $59). 하지만 단일 전원 공급 장치를 비교하는 경우에 한정됩니다. 데이터 센터와 서버 팜에는 수천 개의 장비 랙이 있으며, 각각 여러 개의 전원 공급 장치를 필요로 합니다. 비용 절감 효과는 빠르게 증가하기 시작하며 쉽게 수십만 달러에 이를 수 있습니다.
백금 등급 전원 공급 장치와 티타늄 등급 전원 공급 장치 간의 전력 소모 비교.
그림 3
고효율 전원 공급 장치의 미래
컴퓨팅 센터가 커지고 애플리케이션 요구 사항이 더 까다로워짐에 따라 고효율 전원 공급 장치가 그 어느 때보다 중요해질 것입니다. 이는 비용 절감 및 신뢰성을 지원할 뿐만 아니라, 필요한 열과 공간을 줄임으로써 시스템 구현에도 도움을 줄 것입니다. 이상적인 솔루션 중 일부로는 Bel Power Solutions의 Titanium 인증 전원 공급 장치 라인이 포함됩니다.
TEC1300, TET1500 및 TET3600 AC-DC 프론트 엔드 전원 공급 장치.
그림 4
Bel Power Solutions은 Titanium 80 Plus 인증 등급을 충족하는 14개의 전원 공급 장치 제품군과 30개 이상의 제품을 제공합니다. Bel은 전자 설계에 대한 광범위한 경험을 바탕으로 Titanium 인증을 받은 프런트 엔드 설계 중 가장 폭넓은 선택을 제공할 수 있습니다. 다른 것이 필요하다면, Bel Power Solutions은 맞춤형 전원 공급 장치를 선택할 수 있는 옵션도 제공합니다. 고객은 특정 요구 사항을 충족하는 맞춤형 솔루션 설계를 요청할 수 있습니다.
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