数据中心的能源消耗正以每年16%的速度增长。由于对云计算、社交媒体、多媒体和其他计算服务的需求不断增长，政府机构和商业企业每年将不得不花费约80亿美元用于数据中心的电力和冷却。服务器系统和冷却系统消耗了其中大部分能源。.
传统服务器电源架构的能效已接近技术极限。一些提高能效的策略可能需要重新设计整个数据中心的电源基础设施以降低能耗，但这种方案成本极其高昂。重新设计数据中心建筑和基础设施可能耗资数千万美元。.
像IDT这样的公司通过专注于提升服务器系统的整体能效来解决这一问题，而无需对数据中心的基础设施或建筑进行重大改造。IDT的高效服务器电源架构coolRAC（RAC代表共振交流电）是一种切实可行的解决方案，能够显著节省能源。
服务器的整体能效是从交流电源输入到主板上的处理器，再到整个机架的整个过程来衡量的。服务器平台架构的整体能量转换效率通常为80%，并且通常使用高成本的组件。简而言之，这意味着大约20%的能源消耗以热量的形式散失。借助像IDT的coolRAC这样的解决方案，这种转换效率可以提高到90%以上，从而减少能源损失和相关的冷却需求。由于coolRAC利用了数据中心现有的电力基础设施，因此这项技术可以轻松地改造现有数据中心，而无需进行昂贵的建筑升级。
配备多个处理器且停机时间极短的机架式服务器通常会消耗数据中心 70% 以上的能源。例如，一个拥有 5 万台服务器的大型数据中心可能消耗超过 12 兆瓦的电力。通过采用 IDT 的 coolRAC 技术提高服务器效率，可直接实现超过 1 兆瓦的节能。保守估计每千瓦时电价为 0.10 美元，这意味着每年可直接节省超过 80 万美元的能源成本。此外，它还有助于提高数据中心的吞吐量。coolRAC 技术采用标准输入电流（220/480 伏三相交流电）和高频交流 (HF) 配电。.
采用高频交流配电的CoolRAC概念：
为了最大限度地提高系统整体效率，首先需要解决负载点（POL）转换器的效率问题。在目前的架构中，降压转换器已被证明是最简单、最高效且最具成本效益的POL转换器拓扑结构。然而，现代数字集成电路要求POL转换器提供输出电压约为1V的直流电流。因此，输入电压为12V直流的降压转换器虽然转换速率高，但对于1V直流输出电压而言，其效率却不高。表1和表2通过比较不同架构在特定阶段的效率和功率损耗，展示了提高负载点效率的重要性。
为了降低转换率并提高POL效率，必须降低负载点的输入母线电压。图1显示，除了将输入母线电压从12V逐步降低到5V之外，其他条件均未改变，POL效率却显著提高。.
使用额定电压更低的硅开关可以进一步提高效率。与图 1 所示的器件相比，采用更低电压的器件在成本相近的情况下，效率甚至可以更高。这是因为单位硅面积的价格更低，或者换句话说，单位硅面积的漏源导通电阻 (Rdson) 更低。此外，根据应用的不同，如果对效率要求不高，客户可以选择降低硅成本，同时与 12V 输入总线相比，效率仍能显著提高。.
鉴于现代数字集成电路（例如 CPU、GPU、ASIC 和存储器）的输入电源电压呈下降趋势，降低负载点的输入电压已成为高效 POL 转换器的首要关注点。对于当今的工业应用而言，5VDC 的 POL 输入总线电压似乎是服务器系统的最佳解决方案。这种低输入电压显著降低了电压转换率，提高了能源效率。此外，市场上很容易买到标称电压为 5V 的功率元件。如图 1 所示，使用标称电压为 30V 的硅开关，5VDC 转 1.2VDC 降压转换器的峰值效率达到了 96%，而使用标称电压为 12V 的器件，效率还可以进一步提高。.
然而，以较低电压向负载点提供输入电流会增加配电基础设施的损耗，使得5V直流配电系统在大多数情况下都不切实际。在高端服务器系统的传统12V直流配电架构中，为了实现2%的功率损耗，需要复杂的背板设计，包括连接器、背板印刷电路板和昂贵的母线。如果将配电电压改为5V，功率损耗将增加五倍以上。.
IDT 的 coolRAC 技术以最高的能源效率向负载点提供低电压；从而解决了最大化 POL 转换器效率（需要低电压分配）和最小化配电系统损耗（需要高电压分配）之间的根本冲突。.
图 2 将最常见的 12V 直流配电架构与 IDT 的 coolRAC 解决方案进行了比较。图中展示了一个冗余系统，该系统由 N 个前端电源为 K 个处理单元供电。
显然，两种架构都包含相同数量的电源转换级。只需将同步整流器 (SR) 从电源移至主板，即可实现相当高的配电电压（例如，峰峰值 50V）。这最大限度地减少了配电介质中的损耗。由变压器匝数比决定的交流配电电压具有高度灵活性，可为具有不同功率需求的服务器系统提供优化且可扩展的解决方案。
显然，冗余交流AF配电架构比传统的直流配电系统对设计人员提出了更大的挑战，例如发电机同步以及热插拔电源冗余等功能所需的电流共享。这正是市场尚未普遍采用交流AF配电理念的主要原因。.
多年来，专家们一直认可AF交流配电拓扑结构的优势，但由于并联控制多个交流发电机以及开发高效可靠的同步整流器控制算法的挑战，其实际应用一直不切实际。然而，近年来模数转换和数字控制技术的进步使得这种拓扑结构在市场上极具吸引力。.
鉴于交流电和直流电的根本差异，与直流配电相比，交流AF配电的额外优势在于，除了有功功率耗散元件外，还可以使用无功功率元件进行调节。通过在所描述的coolRAC架构中使用谐振拓扑结构，无需使用OR或浪涌电流控制电路即可实现热插拔和冗余功能。.
当然，所有这些优势只有在开发出新的数字和模拟控制算法并将其应用于新的集成控制电路中，才能使这种新的 AF 交流分配架构成为一个可行且经济高效的系统。.
结论：
为满足日益增长的处理能力需求，数据中心的电力需求持续攀升。由于服务器消耗了数据中心的大部分电力，因此提高服务器效率将对节能、降低冷却需求和降低成本产生最大的影响。
IDT 的 coolRAC 中间总线架构就是一个服务器电源解决方案的范例，它能够在无需对数据中心设计进行重大更改的情况下，提高效率、减少热损耗并最终降低能耗。硅器件的进一步改进，例如用于 POL 转换器的 12V MOSFET，将使系统整体效率得到进一步提升。.
每年全球新增服务器超过八百万台，服务器系统年总能耗估计超过600亿千瓦时。随着数据中心管理人员越来越关注公司的发展需求和成本，服务器能耗将成为决定系统效率和成本效益的关键因素。.
