处理大量数据对于支持人们的生活和企业运营至关重要。AI/ML、电子商务、导航和其他现代技术都依赖于数据中心提供的计算能力。我们通常认为计算能力是指输出，即在给定时间内完成的处理量。但同样重要的是投入。适当的电源对于实现最佳性能至关重要。Bel 的这篇文章探讨了钛电源在数据中心应用中的优势。
近期技术领域的最大趋势有一个共同点，那就是它们都需要大量的计算能力。人工智能和机器学习 (AI/ML) 需要大量的计算能力来执行特定算法；超级计算机通常被用来进行处理。AI/ML 通常还需要大量数据来正确训练算法。与云计算一样，存储和处理这些信息需要配备服务器、路由器和交换机的数据中心——所有这些都会消耗大量电力。
效率在高性能计算中越来越重要
新一代计算对运行这些机器所需的组件和系统提出了严格的要求。在所有这些计算应用中，最重要的是电源。仅仅提供电力已经不够了。必须满足散热限制，实现更高的能效，建立冗余，并要求高可靠性。
任何精心设计的计算系统都会考虑到所有这些因素。事实上，法规和认证已开始对其中一些要求进行规范，并帮助识别符合特定标准的电源。
80 PLUS 就是一个这样的例子。它对电源设定了严格的要求，确保其能源效率。规范要求电源在各种负载水平（20%、50% 和 100%）下实现至少 80% 的能效。例如，要获得基本的 80 PLUS 认证，电源必须在指定负载下以 80% 的效率运行。对于青铜、白银、黄金、白金和钛金等更高的认证，标准会变得越来越严格。
什么是 80 PLUS 计划？
80 PLUS 计划是 21 世纪初期启动的一项认证计划。它最初由 Ecos Consulting 组建，但现在由 CLEARResult 运营。这是一项自愿计划，旨在帮助制造商推广用于计算机的节能设计。为了满足 80 Plus 认证，电源在额定负载的 20%、50% 和 100% 下必须至少具有 80% 的效率，并且在 100% 负载下实现 0.9 或更高的功率因数。
但电源效率和功率因数到底是什么？
计算电源效率
电力效率可能是两者中更为人熟知的测量标准。简单的说，电源效率就是输出功率与总输入功率之比，以百分比来表示。
效率[%] = x 100
等式 1
由于电源所用电子元件的效果不理想，所以不可能达到100%的效率。这些影响可能是有源元件（如晶体管和整流器）中的开关和传导损耗，电线、绕组、PCB 线路中的电阻损耗，以及变压器中的交流损耗。这些元件中损耗的能量通常以热量的形式耗散，从而产生额外的问题。
计算功率因数
功率因数稍微复杂一些。它是有功功率与视在功率的比率，最大值为 1。有效功率以瓦特为单位，是指做功并被电源和负载消耗的功率。与实际功率相差 90 度的相位就是无功功率，以无功伏安 (VAR) 为单位。无功电流只是在系统中循环，不做任何工作。视在功率是实际功率和视在功率的矢量和的大小，也等于有效值电压和电流的乘积。
图 1. 功率三角形显示实部和无功分量以及由此产生的视在功率矢量。
功率因数 =
等式 2
在纯电阻电路中，功率因数为 1，所有视在功率都产生功。然而，当电路或负载中引入电感、电容等无功元件时，由于无功功率的增加，电流波形将相对于电压发生偏移，功率因数将下降。在非线性电路中，例如开关电源，也存在需要担心的谐波。谐波电流是无功电流，因此也会降低功率因数。
功率因数低的影响是输入电流增加。这导致布线和配电网络更大、更昂贵，支路容量减少，成本增加。
设计师选择经过 80 Plus 认证的电源而不是未经认证的电源的原因有很多。一个很大的原因是成本。更高效率的电源意味着更少的电力浪费。这意味着更高效的电源有助于降低大型设施的运行成本。浪费的电力通常以热量的形式消散，通常需要冷却系统，这不仅增加了成本，而且还会占用宝贵的空间并产生不必要的噪音。更少的热量和更少的（或没有）运行的风扇也有助于延长产品的寿命和系统的整体可靠性。
80 PLUS 效率等级
顾名思义，80 Plus 认证刚推出时，仅要求电源在 20% 负载、50% 负载、100% 负载下的效率至少达到 80%。这一效率水平现在被称为“80 Plus Basic”。自该计划推出以来，已增加了五个额外的认证级别。80 Plus 计划目前包括以下级别的认证：
图 2：当前的 80-Plus 等级
每个认证根据交流输入电压进一步细分为子类别。这有助于制造商瞄准世界不同地区。这些子类别包括 115V 内部非冗余、230V 内部冗余、115V 工业、230V EU 内部非冗余和 380V DC。
下表概述了不同的认证级别以及 3 个不同的子类别。还值得指出的是，最高级别的认证 80 Plus Titanium 引入了 10% 的额外额定负载。
电源通常在额定负载的50%至75%之间效率最高。然而，在负载较轻的情况下，电源效率会显著下降。事实上，除钛金认证电源外，任何通过 80 Plus 认证的电源在负载低于 20% 时，效率都会降至 80% 以下。话虽如此，钛金级认证要求所有电源在额定负载的 10% 下效率至少达到 90%。
| 80 Plus 测试类型 |
115 V 内部 非冗余 |
230 V 内部 冗余 |
230 V 欧盟内部 非冗余 |
|||||||||
| 额定负载的百分比 | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% |
| 80 PLUS | 不适用 | 80% | 80% | 80% | - | - | - | - | - | 82% | 85% | 82% |
| 80 PLUS 青铜 |
不适用 | 82% | 85% | 82% | - | 81% | 85% | 81% | - | 85% | 88% | 85% |
| 80 PLUS 银 |
不适用 | 85% | 88% | 85% | - | 85% | 89% | 85% | - | 87% | 90% | 87% |
| 80 PLUS 黄金 |
不适用 | 87% | 90% | 87% | - | 88% | 92% | 88% | - | 90% | 92% | 89% |
| 80 PLUS 铂 |
不适用 | 90% | 92% | 89% | - | 90% | 94% | 91% | - | 92% | 94% | 90% |
| 80 PLUS 钛 |
90% | 92% | 94% | 90% | 90% | 94% | 96% | 91% | 90% | 94% | 96% | 94% |
表 1：80 PLUS 内部交流/直流电源效率等级
高效率的重要性
降低功耗（绿色或环保）本身就是一种优势，但提高电源效率对成本也很重要。服务器群和数据中心可以通过在系统中集成更高效的电源来节省大量资金。
浪费的功率通过以下公式计算：
Pwaste
等式 3
因此，举例来说，1000 W 的黄金认证电源在满负荷时会浪费 87 W 的电能。假设 230V 非冗余电源的效率为 92%。另一方面，同等功率的 1000 瓦钛金认证电源（效率为 96%）仅会浪费 42 瓦的能量，功率耗散降低了 52%。
一年有8760小时。假设电源一直在运行，我们可以计算出每年消耗的总能量（千瓦时）为 (1000 W + 87 W) * (8760 小时/年) / (1000 W/ kW) = 9522 kWh/年。
同样，对于 96% 效率的电源，相当于 9128 kWh。按每千瓦时约 0.15 美元计算，每年 394 千瓦时的差额初看起来并不多（每台电源每年约 59 美元），但请记住，我们只是在比较单台电源。数据中心和服务器场拥有数千个机架的设备，每个机架都需要多个电源。节省的成本很快就会增加，很容易就能达到数十万美元。
图 3：铂金和钛金额定功率电源的功率耗散比较。
高效电源的未来
随着计算中心变得越来越大以及应用变得越来越苛刻，高效电源将比以往任何时候都更加重要。它们不仅有助于节约成本和提高可靠性，还能减少热量和所需空间，从而使系统成为可能。一些理想的解决方案包括电源，例如 Bel Power Solutions 系列钛金认证电源。
图 4：TEC1300、TET1500 和 TET3600 AC-DC 前端电源。
Bel Power Solutions 提供 14 个电源系列和 30 多种产品，均符合 Titanium 80 Plus 级别认证。凭借丰富的电子设计经验，Bel 能够提供最广泛的钛认证前端设计选择。如果需要不同的东西，Bel Power Solutions 还提供定制电源的选项。客户可以联系我们，定制符合其特定要求的解决方案。