英特尔电源汇流排技术助烽火超微EGS平台服务器大幅降低能耗，提升平台稳定性与升级潜力
当前，主流服务器已经迈入“百核”时代。在数字经济时代，各个行业对算力的旺盛需求，随之而来的是服务器能耗的大幅增长，以及损耗的大幅增长。英特尔一直致力于数据中心能耗的降低，并将创新技术付诸实践。
英特尔电源汇流排技术（power corridor solution）就是英特尔为应对能耗挑战而提出的创新之一。该项专利技术可以大幅降低服务器主板在cpu供电部分的传输损耗，并满足电源性能要求，提高了服务器的能源转换效率。
基于该技术，英特尔与烽火超微紧密合作设计面向数据中心的低能耗服务器，既实现了服务器能耗的降低，又以最小的改动并确保新技术和原有主板的良好兼容性。测试结果显示，对于一个拥有20万台双路egs平台服务器的数据中心，配置 tdp（thermal design power，热功耗）为350w的cpu，在电费成本0.12美元的条件下，五年内可以节省最高900多万美元的电费。
01 降低服务器能源损耗
从创新的主板设计开始
事实上，cpu功耗的不断增加给服务器主板带来硬件上的设计挑战。高功耗的cpu需要主板电源线路承载更大的电流。而电流的增加就意味着电能在传输中功率损失的增加。这些功率损耗还会转化为废热，增加服务器的散热负荷。
主板设计能做的是尽量降低电源供电传输路径上的阻抗，以满足高功耗cpu的性能要求。这里的传输路径阻抗包含了印刷电路板、封装和插槽部分。而缩短导体长度、增加导体截面积则可以降低阻抗。主板设计中降低供电传输路径阻抗的传统解决方法是增加印刷电路板（pcb）叠层或铺更厚的铜，以增加电源层导体的总截面积。但这种方案会带来成本上的大幅上升，譬如pcb从12层变更为14层，会增加成本 20%左右。
创新的英特尔电源汇流排技术并不增加pcb叠层，而是通过在主板背面增加额外的供电铜排来实现（见图1）。该技术给原有主板设计带来的改动影响很小，只需要将一定厚度（0.8mm）的铜排，用表面贴装技术（smt）组装到主板上即可。相应的，cpu的背板需要切割出相当于铜排大小的凹槽，以容纳凸起于主板表面的铜排。铜排与背板凹槽接触的一面覆盖绝缘漆，另一面与主板上的供电路径焊接在一起，即可实现电流导通能力的提升。
图1：传统提升供电布线方法（左）；电源汇流排技术提升供电布线方法（右）
要实现这个方案的技术难点主要在于：
1 cpu背板的凹槽变动带来的cpu插座端的性能影响评估，如强度等
2 主板上pcb布线的改动
3 生产加工工艺技术对良率的影响，譬如汇流排焊接空泡率的控制等
显然，电源汇流排技术的实施需要生态链厂商的大力配合。英特尔联合供应链生态伙伴共同开展技术开发与验证，确保了新技术变更下的产品指标满足需求，如汇流条在焊接后的空泡率等达到设计目标等。
02 与烽火超微联合研发
实现约10w的整机节能
英特尔与烽火超微进行联合开发，将电源汇流排技术应用到了后者基于英特尔eagle stream平台的项目中。烽火超微依据服务器量产的所有测试标准，全方位、系统性地评估了方案的可行性，测试结果显示这项技术是完全满足量产标准的。烽火超微应用电源汇流排技术的主板cpu插座背面如图2（右侧）所示：
图2：原主板cpu插槽背面及背板（左）；电源汇流排技术改进后的主板背面及背板（右）
测试结果显示，对于配置了350w tdp cpu的英特尔eagle stream平台两路服务器系统，使用英特尔电源汇流排技术可以在cpu满载压力下的系统性能有如下直接提升：
约10w的整机功耗节省。 cpu处理器供电传输路径阻抗在remote sense 点降低24%，在远端降低31%。 电源转换控制器vr效率额外提升0.7%。
specpower在满载时的测试分数提高1%，优化了系统能效比。 cpu插座底部附近温度最高降低4℃。
对于cpu非满载下的工况，应用电源汇流排技术的样机也有不错的节能效果。如80% tdp负载时，整机能耗依然可以节省多达7w。在50% tdp负载下，整机能耗可节省3w。多种功耗下的测试数据表明，cpu功耗越高，电源汇流排技术带来的节能效果越可观。
将节约的能耗转换成电费进一步估算：假设一个数据中心部署了20万台前述配置的eagle stream平台两路服务器，电价为0.12美元，在连续运营5年后，如果按满负荷下的能耗计算，该数据中心5年内节省电费最高可达931万美元；当所有cpu均运行在80% 负载下，每台节约7w功耗，累计可以节省约616万美元；如果只有80%的服务器满载，累计可以节省721万美元以上；如果只有50%的服务器满载，累计可以节省406万美元以上；即使是一个业务量非常不饱和的业务中心，所有cpu均只运行在50%负载下，也可以节省约195万美元的电费。（见图3）
图3：应用英特尔电源汇流排技术在不同业务场景下电费节省预估
此外，电源汇流排技术不仅直接提升了能效，还间接提升了系统稳定性和平台的升级潜力。譬如，从降低cpu插座底部温度看，一方面是由于阻抗减小使得损耗废热随之减少，另一方面，铜排本身也提供了导热和散热功能。这使得服务器主板以及元器件能将热量均衡快速的释放到外部，保证系统更加稳定运行。面向未来处理器的发展，原有主板可以额外支持更高功耗的cpu而不需要通过增加pcb电源叠层或者增厚铜箔。
03 通力合作
为数据中心低能耗服务器设计绘上浓重一笔
在低碳节能的理念之下，烽火超微将英特尔电源汇流排技术积极导入到英特尔eagle stream服务器平台中。在研发过程中，双方紧密合作，进行了多次深度技术探讨，共同确定了方案，实现了以最小改动的方式优化印刷电路板的布板设计，确保了新技术和原有主板的良好兼容性设计。新的节能技术提升了烽火超微egs平台服务器的竞争力，从节能降本、提升稳定性、扩展升级潜力方面为客户提供更多的价值。
与此同时，由于生产工艺相对传统设计具有一定差异性，英特尔还联合供应链生态伙伴为客户提供全方位的技术支持。经过多次技术沟通和推动，连接器厂商安费诺amphenol和立讯luxshare均可以提供主板背面的铜排；嘉泽lotes提供改动后的cpu背板；汉源solderwell提供主板和铜排焊接接触时所需要的固体锡片。这些厂商的积极参与也为这项技术迅速落地起到了关键的作用。
面向数据中心的低能耗服务器设计是重要的开发方向，可以更好满足大规模数据中心的部署需要，同时符合国家双碳战略。英特尔将与诸多合作伙伴共同努力，加速节能技术的创新与落地，促进产业链全生命周期的节能减排，助力行业的绿色节能可持续发展。
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事实上，cpu功耗的不断增加给服务器主板带来硬件上的设计挑战。高功耗的cpu需要主板电源线路承载更大的电流。而电流的增加就意味着电能在传输中功率损失的增加。这些功率损耗还会转化为废热，增加服务器的散热负荷。
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