電子負載降額定(De-Rating)議題：如何買到實在的規格? 不浪費採購預算!
關鍵字：人工智慧伺服器(AI Server)，模組化-機架伺服器電源(M-CRPS)
前言：AI算力驅動電力的需求大幅提高
2016年AlphaGo戰勝李世石，2017年AlphaGo Master戰勝柯潔，2017年底AlphaGo Zero以89:11戰勝AlphaGo Master，為人工智能可戰勝人腦建立了里程碑。2022年Open AI發表ChatGPT讓人們看到生成式AI可落實到日常應用，自此人工智慧(AI)的算力需求導致AI伺服器爆發式的成長，而算力必須仰賴電力的支持，這便是棋王與AlphaGo最大的區別，AlphaGo與棋王對弈需消耗兆瓦電力，而棋王與AlphaGo對弈的功耗僅為20瓦(AlphaGo的五萬分之一)。
模組化-機架伺服器電源的進展(M-CRPS)
開放運算計畫(Open Compute Project)於2011年由臉書(Facebook)、英特爾(Intel)、雲指南(Rackspace)及高盛(Goldman Sachs)所創立的非營利組織，目前的主要貢獻者有AMD、Dell、Google、HP、Intel、Meta、Microsoft等公司，主要目的是為了打造開放式資料中心硬體架構。本文撰寫時OCP中的機架式伺服器電源供應器M-CRPS的版本為Version 1.04 RC3 February 22nd, 2024，2024年4月24~25日在葡萄牙里斯本召開的OCP峰會，Meta提出了ORv3 High Power Rack (HPR) Ecosystem Solution的展望，以下是節錄ORv3與ORv3 HPR的比較。
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ORv3 |
ORv3 HPR |
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機櫃深度(Rack Depth) |
42” |
48” |
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匯流排容量(Busbar Capacity) |
18kW+ |
92kW+ |
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電源供應器架子(PSU Shelf) |
18kW (6*3kW PSUs) |
33kW (6*5.5kW PSUs) |
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電池備援單元架子(BBU Shelf) |
18kW (6*3kW BBUs, 90sec) |
33kW (6*5.5kW BBUs, 90 sec) |
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PSU/BBU Shelves/Rack |
2/Rack |
3/Rack + |
表一：ORv3與ORv3 HPR之比較
註: PSU (Power Supply Unit)；BBU (Battery Backup Unit)
從表一來看單一伺服器電源規格將從3kW提高到5.5kW(單一模組)，一個架子(Shelf)有6個模組，一個機櫃(Rack)ORv3為兩個架子(一個架子3kW*6=18kW)；ORv3 HPR為三個架子(一個架子5.5kW*6=33kW)，而電源供應器的測試中，動態負載是重要的測試項目，由此規格可見對於4kW與6kW的電子負載是ORv3與ORv3 HPR單一模組測試的基本要求，但是一般工程師並不了解電子負載規格的真實樣貌，以下便為您說明電子負載規格的眉角。
了解電子負載規格的眉角
電子負載就像飛行模擬器，飛行模擬器提供各種飛行的情境來訓練飛行員，可透過航線的選擇來模擬正常起飛、降落與異常的應變；同理電子負載的主要功能是模擬電源會遇到的各種負載情境來確認電源的設計目標與應變能力，透過電流輪廓(Current Profile)的設定可形成我們在規格書中的定電流(C.C)、定電壓(C.V)、定電阻(C.R)等基本操作模式並吸收電源輸出功率。電子負載的應用廣泛：除了用來測試電源供應器、電池充電器、電池、太陽能電池板等電源裝置外；亦可測試由電流制動以及承載電流的零組件，例如：各類電流保護電驛、開關、繼電器、保險絲、電纜線..等；電源的細節測試項目則包含電源負載調整率、不同負載下的效率及溫升等，所以有電源的地方就需要負載來進行測試。
電子負載的規格書通常是展現最佳狀態，最佳狀態是基於特定的優良工作條件[暖機30分鐘到60分鐘；電量實驗室溫度要求 (23.0 ± 2.0) °C]，而電子負載的規格會受到工作電壓，工作溫度等因素影響而有降額定(De-Rating)的現象。以下是C牌632XA系列規格書上的降額定曲線，圖一左圖為超過25°C的電量實驗室環境後，當工作溫度是40°C時，功率的額定能力下降17%(僅剩83%)，當工作電壓是1200V時功率的額定能力下降50%。
圖一：C牌型錄上的曲線，左為溫度降額定曲線；右為電壓降額定曲線
圖二為固緯電子PEL-5000G系列，150V/600V機型的降額定曲線，4kW/5kW機型在40°C時依然可提供足功率，6kW機型在40°C時功率的額定能力下降14%(剩86%，較同業高出3%)，圖三為PEL-5000G 1200V機型的降額定曲線，額定能力下降40%(剩60%，較同業高出10%)，從這個降額定的規格來看，如果您是1200V的應用從C牌的規格來看，功率僅剩固緯產品的90%，所以降格應該便宜固緯多少，您心中便可有定量的基準了。您可能會好奇，為什麼固緯的產品在4kW/5kW可以做到足功率？原因是電子負載的散熱片通常每1kW便有一組，4kW/5kW機種一般廠家僅用4或5組散熱片，但是固緯在4kW/5kW依然使用6kW的散熱設計，使用6組散熱片，所以在4kW/5kW的散熱能力較佳，所以可以維持足功率，另外則是單組散熱設計亦優於C牌，所以6kW的降額定依然優於同業。
圖二：PEL-5000G 150V/600V機型的降額定曲線
圖三：PEL-5000G 1200V機型的降額定曲線
如何用較低的成本滿足瞬間的暫態拉載需求？
在測試電源供應器的動態負載規格或測試保險絲、斷路器等應用常常會有短時間、大電流的應用需求，當然您可以購買更高功率的電子負載來因應，但是這個方法卻需要額外的預算，且多花的預算在一般的應用時又派不上用場，固緯電子PEL-5000G 1.5倍Turbo mode倍增模式可讓您用正常的預算來滿足這類的測試需求，400A機型可提升至600A；500A機型可提升至750A；600A機型可提升至900A。為什麼固緯的電子負載能有Turbo mode的功能？原因就在我們比同業多用了20%的MOSFET來提供這個1.5倍(瞬時2秒)的能力。
結論：要了解規格才能發揮最大的投資效用
固緯電子的用心與用料讓PEL-5000G系列電子負載對客戶產生最大效用，足功率或低降額定讓您的預算買到真實的功率，倍增模式又能滿足瞬時的應用，了解這些規格才不至於在採購時多花預算或在應用時捉襟見肘。
圖四：固緯電子倍增模式(Turbo Mode)圖示
驗證伺服器電源建議設備如下：
圖五：具備倍增模式之PEL-5000G電子負載
圖六：M-CRPS測試所需的交/直流電源ASR-6000系列
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戴 安 娜 小姐
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