現代化生活方式和工作模式日益依賴存儲、訪問、處理和分享數據。我們能夠通過智能數字設備隨意創建內容，并且通過互聯網立即發布。當然，現代企業是在線數據的龐大用戶，政府機構則負責維護公共服務安全并且改善服務提供的質量。

　　根據來自思科（Cisco）的資料，到2018年數據中心流量將會超過8.6 澤字節（Zettabytes），而且，移動數據流量的增長速度更會超過固定的IP流量，日后5G技術的采用還將加速這一發展趨勢。

　　隨著物聯網變為萬聯網（Internet of Everything），而且包括移動在內的更多生活方面日益變為電子方式管理，因此我們對于數據的依賴性一定會越來越強。自動駕駛汽車將會帶來空前的數據收集、分析、分享和存儲需求，特別是眾多車輛和高速公路傳感器會從不同的角度監視相同的事件。我們可以想像一下，未來世界將會有數萬億傳感器持續不斷收集和傳遞數據。而且，一些急性子的消費者和實時服務（比如智能駕駛）將要求即時響應，這進一步加劇了對于基礎設施的壓力。

　　圖1：萬聯網（Internet of Everything）正在滲透幾乎每一種應用，帶來一個擁有數萬億個傳感器的持續收集、分享和分析數據的未來世界。

　　許多企業正在努力跟進永無止境增長的數據處理、計算和存儲需求，同時還要努力控制運營成本。使得事情更糟的是，我們在生活的各個方面對于數據服務的依賴性日益增長，這意味著任何服務中斷的后果變得更加嚴重。網絡和數據中心是整個世界的現代化生活的基礎，當然必需保持最高的可靠性和最大化的正常運行時間。

　　值得一提的是，這些預測所提到的海量傳感器并非全部都是用于增強現已十分舒適的生活方式：一些業界支持的活動，比如萬億傳感器峰會（TSensors Summit） ，向人們展示上萬億聯網傳感器將如何被用于幫助世界上最貧困地區應對食物、能源、水、衛生健康和教育短缺的問題。

　　對能源的需求

　　對于現今的數據服務供應商來說，最大的運營成本就是來自于給計算機持續提供能源使其保持正常運行。數據中心運營商知道，在三年的典型服務器使用壽命周期內，給一臺服務器供電所需的費用比購買整套硬件本身的費用還要高。另外，為了保持推薦的工作溫度而使用空調等措施的費用，也占據了運營成本很大的一部分。運營商積極降低這些成本費用，以致于他們有意在斯堪的納維亞半島和美國北部等地區建立運營裝置，這些地區氣候寒冷，而且附近有水力發電等低成本的可靠能源。

　　現代化生活的始終連接特性，意味著對于數據基礎架構的需求是極其動態的。例如，社交媒體能夠對實時發生的世界事件做出實時響應，比如自然災害或政治危機，甚至重大的體育賽事，這將導致突發猛增的數據傳輸流量?；A架構需要在所有條件下以最佳效率來運行，并且處理好從最小到最大活動性的快速轉換，而不影響服務的可用性。自適應電源管理是這個世界滿足未來數據需求的必不可少的要素。

　　轉向軟件定義電源

　　數據中心架構師已經成功地使用虛擬化技術來提高服務器的使用率，從而幫助降低大型設備成本和為閑置服務器供電的成本。虛擬化技術使得計算架構變成軟件可定義的。與此同時，電源設計也有進展。

　　許多數據中心和網絡基礎架構運營商正在從相對缺少靈活性的模擬技術轉向數字電源，后者具有更強的適應性，可確保最佳的效率。然而，有些人仍然以看待模擬前期產品差不多的眼光來看待數字轉換器，這樣就存在著這些數字轉換器只能發揮一小部分潛能的風險，無法有效地提升效率和降低運營成本。對電源架構來說，下一個合理的發展是變成為軟件定義的架構以充分利用數字電源的適應性，并且引入軟件控制方法，根據運營情況的變化持續管理電源。

　　對于電源設計和開發人員，以及數據中心運營商來說，軟件定義的電源架構均具有潛在的好處，在軟件級改變設計的能力，有望消除硬件設計的風險，并且在未來加快完成項目的速度。幸運地，我們可以快速、輕易地實施從模擬電源架構向軟件定義電源的轉變，無需開發新的技術或設計IP。

　　在實際使用中，軟件定義的電源架構將能夠應對數據中心設計人員和運營商面臨的諸多挑戰，考慮到由于半導體工藝的變化而引致各個電路板之間存在微小差異，數字電源架構已經允許通過精細調節中間總線和負載點輸出電壓以優化運營效率，還可補償溫度變化的影響。通過軟件處理這類調整可以提供寶貴的總體效率提升，然而這僅僅是實現的改進中的一小部分。軟件定義的電源架構還可以實現更進一步的顯著效率提升，并且幫助改善其它性能參數，比如可靠性和正常工作時間，方法可以是減小低需求期間對電源的應力，并且實施預見性維護。此外，軟件定義的電源架構可以通過激活或禁用電源來實現快速適應以滿足需求，并且通過調節系統電壓來獲得最佳的效率。

　　現今的處理器使用自適應電壓調節（Adaptive Voltage Scaling， AVS）技術，根據處理負載來自動調節電源需求。在輕負載情況下，可以將電源電壓和運作頻率減少到執行任務所需的最小值。最新1.3版本PMBus標準已經加入了支持自適應電壓調節總線（Adaptive Voltage Scaling Bus， AVSBus）的要求。1.3版本PMBus標準是開放式標準協議，用于電源設備之間的通信。除了先前可用的PMBus指令之外，AVSBus支持也允許處理器自動調節到合適的POL輸出電壓，提供了另一個十分有效的工具。

　　在不斷變化的情況下，自動調節電源架構來確保達到最佳運作效率，不僅可以在電源中最大限度地減小能源轉換損耗，還可以最大限度地減少主動式冷卻系統，比如托盤風扇和服務器房間空調系統冷卻系統消耗的能源。除了節省能源之外，還可以減少冷卻需求，以騰出更多的空間來安裝服務器、交換機或線路卡。

　　同時，軟件定義的電源架構優勢可以受益于可靠性的提高，連續調節系統電壓以保持最佳的效率，并且最大限度地減少發熱，并減少施加在中間總線轉換器（IBC） 和負載點（POL）轉換器上的應力，最終，軟件定義的電源架構還能最大限度地減少電源故障引起的宕機時間。

　　實際的軟件定義電源

　　連接性提供了催化劑，把電源轉換器從一個個孤島改變為協作系統中互連的單元，這種協作系統能夠響應位于軟件定義的電源架構核心的中央控制器指令。開放式標準 PMBus是理想的媒介，兼容PMBus的前端ac-dc電源、數字POL和IBC產品已經面市，它們為電源供應商開始為客戶搭建軟件定義的電源架構，起到了關鍵的推動作用。

　　圖2：開放式標準PMBus是在軟件定義電源架構中連接電壓轉換器的理想媒介

　　軟件定義電源正在增值供電應用領域快速普及，在這些系統中，數字電源的特性同時為設計公司和最終用戶提供了經濟優勢。

　　不過，設計團隊需要花費時間來創建模型和開發算法，才可以充分利用軟件定義供電技術的“能力”。某些供應商可能首先在電路板級實施軟件控制，后面再將機架和大功率轉換級部分帶入軟件定義的架構中。另一些供應商可能在大功率級開始設計，然后將軟件控制向前擴展至機架及電路板級。此外，早期的控制算法可能比較簡單，只需根據少數幾個參數來預測，但隨著時間的推移，由于需要更詳細地分析更大的數據集，所以算法也會變得越來越復雜。

　　隨著業界對這些技術的熟悉程度加深，而且在后續的項目中可以快速、高效使用并已通過驗證的設計不斷增多，未來的設計人員將能夠快速交付新的項目，并且集中精力開發額外的增值功能。其中可能包括預見性維護，幫助提升主要的性能標準，比如正常運作時間，同時通過減低設備更換率來降低大型設備的成本支出。

　　CUI已經在3kW PSE-3000等前端AC-DC電源以及Novum 系列 數字 IBC 和 非隔離型dc-dc數字POL轉換器中實施PMBus連接性。這些產品能夠通過業界標準協議與電壓轉換器通信，可以推動設計人員構建聯網的數字控制電源架構。

　　IBC 備有多種標準模塊尺寸，并且支持動態總線電壓（Dynamic Bus Voltage， DBV），后者允許隨著負載情況的改變來調節IBC電壓，從而優化轉換效率?？梢越浻蒔MBus設置或通過安裝在基于IBC集成式ARM？微控制器上的電源優化固件來設置電壓。在IBC級的DBV就像在負載點的AVS一樣，在最大化效率方面極有成效，方法是通過調節功率包絡來適應負載條件，進而最大限度地減少浪費的能源。除了設置IBC電壓之外，PMBus接口還允許通過中央控制電壓余量、故障管理、精密延時爬升和啟動/停止進行研究。

　　Novum POL轉換器允許利用PMBus指令來進行與IBC模塊相似的控制，并且可以實現軟件控制的電壓排序和跟蹤。

　　為了說明通過自動適應電源架構可能實現的節能效果，考慮將平均效率達到95%的一個前端AC/DC電源，運作效率為93%的IBC，以及一個運作效率為 88%的負載點組合起來。在所有三個轉換器上，22.2%的輸入功率以熱量形式散發。如果每級效率只增加1%，能源耗散可以削減至19.6%，這相當于 12%的改善，是非常顯著的效率提升。另外，冷卻負載的減小還可節省能源。

　　未來

　　隨著軟件定義的電源架構在數據中心和電信公司日益普及，業界必需依賴來自不同供應商的電源模塊之間的互操作性。雖然PMBus在一定程度上實現了模塊間連接的標準化，但是，某些指令開放解釋，當與不同制造商的轉換器共用時可能產生不同的結果。為了克服這個問題，由CUI、愛立信電源（Ericsson Power Modules）和村田公司組成的AMP Group（現代電源架構）聯手合作，在包括PMBus指令響應的諸多軟件方面進行了標準化，并對外形尺寸和引腳配置等機械細節也進行了標準化。

　　圖3：AMP集團成立旨在針對軟件定義電源應用進行協作和開發多來源解決方案

　　結論

　　軟件定義的電源架構不僅可以在設計階段提供效率改進和節能，還降低了基礎架構擁有者所需負擔的運營成本。更進一步的優勢包括提高可靠性以及實施預見性維護的機會，最終帶來更長的正常運作時間。基于模擬的電源架構正在快速朝向軟件定義的電源架構演進。隨著電源設計團隊日益熟悉這項技術，他們將能夠以高成本效益的快速方式提供日益全面、高效和可靠的電源系統。