ATX标准是Intel在1997年推出的一个规范，输出功率一般在125W～350W之间。ATX电源通常采用20Pin(20针)的双排长方形插座给主板供电。随着Intel推出Pentium4处理器，电源规范也由ATX修改为ATX12V，和ATX电源相比，ATX12V电源主要增加了一个4Pin的12V电源输出端，以便更好地满足P4的供电要求（2GHz主频的P4功耗达到524W）。
耗电=24服务器功率/1000
查一下你服务器的类型 算一下就知道了电子发烧友网报道（文/李诚）随着产业的数字化转型，通信基站、数据中心逐渐增多，能源压力愈发紧张。据相关资料显示，预计至2025年通信站点数量将增至7000万个，年耗电量超过6700亿度；数据中心将增至2400万机架，年耗电量超过9500亿度。数以亿计的用电量让人陷入了沉思，在“双碳”的大背景下，节能减排已成为全人类的共同目标，也掀起了各行业的能源革命。
以通信业务起家的华为，在通信基站、服务器领域均有布局，秉承着“极简、绿色、智能、安全”的理念，推出了多款应用于服务器的电源产品。
图源：华为
近日，B站博主@机魂发布了一条关于电源拆解的视频深深吸引了我。拆解的是一款来自华为的钛金级3000W氮化镓服务器电源。据博主介绍，该电源型号为PAC3000S12-T1，是华为几年前的一款产品，电源功率密度极高，系统转换效率更是高达96%。
背面参数 图源：@机魂
通过查阅相关资料发现，华为有用多款服务器电源产品，输出电压均为12V，输出功率涵盖了900W至3000W不等，封装尺寸均为68mm x 183mm x 405mm，183mm的身长与业界平均水平265mm相比缩短了不少，体积控制到了49062 mm3 ，以至于功率密度高达6114W/mm3。而常规的消费类氮化镓电源的功率密度只有11W/ mm3 ，即使与专用的服务器电源相比，这款电源的功率密度也提升了50%以上。同时支持90~264V交流电压和180V~300V直流电压输入，123V/2439A输出。
左：三款不同输出功率的电源内部对比 右：电源输出端 图源：@机魂
PAC3000S12-T1是如何实现功率密度高达6114W/mm3的呢？通过以上三款华为服务器电源内部对比发现，这三款底面PCB的大小是一致的，900W和1200W的电源内部空间看起来比较宽裕，并且都接入了较大的铝基散热板，增强电源系统的散热性能。而3000W的电源内部取消了散热板的设计，采用了PCB横、竖拼接的方式，将有限的空间利用率提至最高，并且塞满元器件，在电源输出侧还采用了MLCC电容叠焊的设计，从整体来看这款电源非常紧凑。
俯视面图 图源：@机魂
由于这款电源的内部空间有限，设计师尽可能地为其他元件预留充足的空间，将两个PFC电感设计为一个整体，共用一组磁芯，合封在一起。这也是功率高密度的一个体现。
从这款电源的外观、元器件布局来看，虽然很紧凑，但是一点不乱，这也体现了华为PCB设计工程师水平之高，既要考虑元器件布局时的电磁兼容问题，又要考虑如何布局才能使电源体积更小，仅在这一部分就花费了不少的心血。
在系统电路方面，这款3000W服务器电源采用了PFC+LLC的电源架构。这款电源采用的PFC拓扑为交错式图腾柱PFC，图腾柱PFC是一种新的PFC形式，是目前已知的电路拓扑中使用组件最少的，与传统PFC拓扑相比，导通损耗更低、转换效率更高。
图源：@机魂
在图腾柱PFC部分共采用了12颗MOSFET，其中高频桥臂使用了8颗氮化镓MOSFET，据博主推测这8颗氮化镓MOSFET为GaN Systems的GS66516T 650V增强型氮化镓MOSFET，采用了低电感的GaNPX 封装，导通电阻仅为25mΩ。低频桥臂使用了导通电阻为28mΩ的4颗硅基MOSFET，型号为英飞凌的IPT60R028G7 最大导通电压为650V，这些MOSFET都是通过两两并联，互相交错连接的。PFC主控芯片为ST专门针对数字电源转换应用的STM32F334。
图源：@机魂
LLC电路采用的是LLC谐振半桥结构，使用了4颗与PFC电路同型号的氮化镓MOSFET。辅助电源使用的是英飞凌的准谐振反激 PWM 控制器ICE2QR2280G，这款控制器具备了数字频率降低功能，能够在负载减小时保证运行的稳定性，同时在转换效率和抗电磁干扰方面均有不错的表现。12V输出使用的是东芝的N沟道MOSFET，导通电阻仅为041mΩ。
通过拆解发现，华为的这款电源用料十足，共堆了12颗氮化镓MOSFET，GS66516T在元器件交易平台的售价显示为275元每颗，仅仅12颗氮化镓MOSFET总价值就达到了3300元，华为的堆料能力真的是把我给折服了，严重怀疑设计师在设计这款电源时没有考虑成本。
电源在工作时会持续发热，随着温度的升高，电源的性能也会受到影响，电源组件寿命也会缩短，最终可能导致系统故障。因此电源的热管理十分关键。
图源：@机魂
通过电源拆解发现，电源内部竟没有安装散热片，散热全靠电源输入端旁的12V/4A的风扇完成，该风扇在满转速的情况下可达4W转，毕竟这款电源输出功率高达3000W，产生的热量不可小觑。但是不足之处就是在大转速下，风扇的声音也会很大。
下“重本”的电源效率为何仅有96%呢？由于散热采用的是12V/4A的风扇，在运行状态下风扇的损耗是很大的。以及由于输出电流高达2439A，因此在同步整流环节的导通损耗非常高，同时，当2439A大电流经过变压器时也会产生很高的铜损。这三个方面的损耗是这款电源的效率提不上去的主要原因。
虽说这是一款几年前的产品，但在大功率、高密度、高效率方面都能够满足现在服务器电源的发展需求，再加上错落有致的元器件布局，可以看出华为的研发团队还是相当有实力的。
CPU和内存CPU的类型、主频和数量在相当程度上决定着服务器的性能；服务器应采用专用的ECC校验内存，并且应当与不同的CPU搭配使用。
芯片组与主板即使采用相同的芯片组，不同的主板设计也会对服务器性能产生重要影响。
网卡服务器应当连接在传输速率最快的端口上，并最少配置一块千兆网卡。对于某些有特殊应用的服务器（如FTP、文件服务器或视频点播服务器），还应当配置两块千兆网卡。
硬盘和RAID卡硬盘的读取/写入速率决定着服务器的处理速度和响应速率。除了在入门级服务器上可采用IDE硬盘外，通常都应采用传输速率更高、扩展性更好的SCSI硬盘。对于一些不能轻易中止运行的服务器而言，还应当采用热插拔硬盘，以保证服务器的不停机维护和扩容。
磁盘冗余采用两块或多块硬盘来实现磁盘阵列；网卡、电源、风扇等部件冗余可以保证部分硬件损坏之后，服务器仍然能够正常运行。
热插拔是指带电进行硬盘或板卡的插拔 *** 作，实现故障恢复和系统扩容。
1、服务器处理器主频
服务器处理器主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频=外频×倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度，这不仅是个片面的，而且对于服务器来讲，这个认识也出现了偏差。至今，没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系，即使是两大处理器厂家Intel和AMD，在这点上也存在着很大的争议，我们从Intel的产品的发展趋势，可以看出Intel很注重加强自身主频的发展。像其他的处理器厂家，有人曾经拿过一快1G的全美达来做比较，它的运行效率相当于2G的Intel处理器。
所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子:1GHzItanium芯片能够表现得差不多跟266GHzXeon/Opteron一样快，或是15GHzItanium2大约跟4GHzXeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。
当然，主频和实际的运算速度是有关的，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。
2、服务器前端总线(FSB)频率
前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽=(总线频率×数据带宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。比方，现在的支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是64GB/秒。
外频与前端总线(FSB)频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次;而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。
其实现在“HyperTransport”构架的出现，让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生了变化。之前我们知道IA-32架构必须有三大重要的构件:内存控制器Hub(MCH),I/O控制器Hub和PCIHub，像Intel很典型的芯片组Intel7501、Intel7505芯片组，为双至强处理器量身定做的，它们所包含的MCH为CPU提供了频率为533MHz的前端总线，配合DDR内存，前端总线带宽可达到43GB/秒。
但随着处理器性能不断提高同时给系统架构带来了很多问题。而“HyperTransport”构架不但解决了问题，而且更有效地提高了总线带宽，比方AMDOpteron处理器，灵活的HyperTransportI/O总线体系结构让它整合了内存控制器，使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的话，前端总线(FSB)频率在AMDOpteron处理器就不知道从何谈起了。
3、处理器外频
外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。说白了，在台式机中，我们所说的超频，都是超CPU的外频(当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的)相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，(台式机很多主板都支持异步运行)这样会造成整个服务器系统的不稳定。
目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈，下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。
4、CPU的位和字长
位:在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都是一“位”。
字长:电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。字节和字长的区别:由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节，而32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。
5、倍频系数
倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应—CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的，而AMD之前都没有锁。
6、CPU缓存
缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。
L1Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32—256KB。
L2Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达256-1MB，有的高达2MB或者3MB。
其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MBL3缓存的Itanium2处理器，和以后24MBL3缓存的双核心Itanium2处理器。
但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MBL3缓存的XeonMP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。
芯片组与主板即使采用相同的芯片组，不同的主板设计也会对服务器性能产生重要影响。网卡服务器应当连接在传输速率最快的端口上，并最少配置一块千兆网卡。对于某些有特殊应用的服务器（如FTP、文件服务器或视频点播服务器），还应当配置两块千兆网卡。硬盘和RAID卡硬盘的读取/写入速率决定着服务器的处理速度和响应速率。除了在入门级服务器上可采用IDE硬盘外，通常都应采用传输速率更高、扩展性更好的SCSI硬盘。对于一些不能轻易中止运行的服务器而言，还应当采用热插拔硬盘，以保证服务器的不停机维护和扩容。磁盘冗余采用两块或多块硬盘来实现磁盘阵列；网卡、电源、风扇等部件冗余可以保证部分硬件损坏之后，服务器仍然能够正常运行。热插拔是指带电进行硬盘或板卡的插拔 *** 作，实现故障恢复和系统扩容。开关电源的性能指标可分为输入、输出、保护、显示和指示功能、系统功能、电气绝缘和电磁兼容等：1开关电源的电气性能指标。
①输入特性：输入电压类型及电压范围，电网频率，谐波失真。
②输出特性：额定输出电压，额定输出电流，稳压精度（电压调整率和负载调整率），瞬态响应，输出纹波电压及纹波电流，输出噪声电压。 ③电气绝缘。开关电源的电气绝缘是安全指标中的重要内容，出厂的开关电源必须经过电气绝缘试验，才能够投入市场使用。交流输入端对直流输出端的电气绝缘测试、漏电流测试。
④控制方式及控制功能：电压型控制方式，电流型控制方式，外部关断功能，远程遥控功能，数控功能。
⑤保护功能：开关电源必须有完善的保护措施，常有的保护是过流保护、短路保护、过压保护、放反接的极性保护和过热保护等。必要时还可增加输入、输出电压及电流监视器，保护继电器，报警器，自动/手动复位电路等。有条件的还应对样机进行电磁兼容性试验。 2机械性能指标。体积、重量等。
3环境工作条件。环境温度、存储温度、相对湿度、高度、散热条件（自然冷却、风扇冷却）等。
4可靠性指标。可靠性指标通常用平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures,MTBF）来表示。MTBF一般应大于100000小时。
开关电源中的输入、输出、保护、电气绝缘和电磁兼容是电源的基本要求，显示和指示功能、系统功能是通信的特殊要求。在一般电源规范中，还有电源工作的环境条件、结构尺寸和质量等，由此决定电源的冷却和结构设计以及元器件的选择。电源设计者必须充分研究以上条件，设计过程自始至终贯彻技术规范，并且充分考虑研制的开关电源的生产成本和制造方法，所设计的开关电源才能获得成功。因此，产品设计不同于理论研究，这里电路先进是远远不够的。产品应当采用成熟的先进电路技术，最低的生产成本，包括器件、制造、结构、劳动力、设备等，直至维护成本，同时要达到最高的可靠性。这样的产品才能够生存。
5成本指标：在保证性能指标的前提下，应尽量降低开关电源的成本以提高其性价比，为实现商品化创造条件。
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