硬核拆解华为无散热片3000W服务器电源，功率密度高达6.114Wmm3

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 40.5mm，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490.62 mm3 ，以至于功率密度高达6.114W/mm3。而常规的消费类氮化镓电源的功率密度只有1.1W/ 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，12.3V/243.9A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6.114W/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0.41mΩ。

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243.9A，因此在同步整流环节的导通损耗非常高，同时，当243.9A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。

U是一种表示服务器外部尺寸的单位，是unit的缩略语，详细的尺寸由作为业界团体的美国电子工业协会(EIA)所决定。那么，为什么不用英尺或者厘米来规定服务器的尺寸呢?这样做是为了使服务器保持适当的尺寸以便放在铁质或铝质的机架上。具体来说，1U=4.445cm。1U服务器的概念1U服务器是指外形满足EIA规格，厚度为4.445cm的产品。1U服务器是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的。1U服务器的优势在于其采用的是标准服务器设计技术，标准外设，标准接口，具有RAID功能、冗余功能，可独立运行并承担任务。而刀片服务器虽然单模块尺寸要远比1U服务器小，但是它必须依赖一套刀片服务器机柜才可以运行。同时，刀片服务器还存在标准不统一的问题，而1U服务器已经是一个成熟的技术，应用也简单。1U服务器技术与特点分析1U服务器最近五年发展迅速，国内用户数量很多，目前多以数据中心和科研机构应用比较广泛。机架式服务器符合未来计算模式的发展方向，网络游戏平台和中小型企业的实施与应用，都已大规模部署1U服务器产品。随着企业信息化的快速发展，对服务器的需求量也越来越大，在有限的机房空间里，如何合理的规划与实施，对于我们来说，就不能不重视这些问题。通常来说，1U和2U高度的机架服务器相比4U、6U、8U机架服务器来说，更适合进行高密度部署，这也是1U、2U服务器是最主流的服务器的原因。但过小的体积导致性能和扩展性比较差，应用的灵活性较差，比较片面，从而适合一些业务更为固定的领域。4U以上的产品相比起前者，性能更为强劲，扩展性也不俗，更适合一些高端领域，但相比较大的体积也成为阻碍用户选择的因素。对于1U服务器未来的发展方向，1U服务器因为其结构紧凑，部署简单，维护成本低，所以其未来发展前景看好。随着2.5寸硬盘的普及，1U服务器存储数据也随着大增，从硬件技术上而言，1U产品会随着整个产业链的发展而发展，而且其发展会越来越迅速。据国内服务器厂商提供数据显示，目前1U服务器的销量占整体销量的30%左右，主要用户群为教育领域、中小企业、科研单位以及互联网企业等等，随着云计算进程的加快，对于1U的需求还在不断增加中。1U服务器的选择1、 中小企业如何选购1U服务器由于1U服务器各种概念和技术参数纷繁复杂，专业术语让人不胜其烦。对于1U服务器并不精通的中小企业来说，很容易产生困惑，更别说从中比较优劣了。面对琳琅满目的1U服务器产品，中小型企业在选购1U服务器时需要考虑哪些因素呢?第一步：看性价比选择性价比最高的1U服务器产品是智慧的消费行为，中小企业用户由于采购金额有限，价格往往成为首要考虑的因素。北京深万科技有限公司(010-8844 8778)认为国产品牌服务器的性价比对于普通中小型企业来说更为实惠，而且在同等价位上完全不输于国外品牌。第二步：看是否人性化中小企业由于规模与资金有限，很难为1U服务器的管理维护配备专业的管理人员。因而，要求服务器简单易用也是企业人员看重的要素。第三步：看品牌对于中小企业来说，品牌也是1U服务器选购是需要考虑的一大因素。1U服务器是企业采购的重要设备，对企业的发展有着至关重要的作用，因此，购买1U服务器不能象个人电脑一样。在采购里应尽量购买具有强大技术服务和雄厚实力的厂商的产品。因为，在服务器市场争剧变化的今天，很多小厂商在竞争中很快就销声匿迹了，企业所购买的产品质量出了问题，或者需要维护服务，如果连生产的厂家都找不到，那对企业来说损失是不可估量的。2、 个人用户如何选购1U服务器随着DIY潮流的掀起，很多用户在选用1U服务器时都喜欢DIY一个。那么应该如何选择呢?用户选购1U服务器时应该注意以下几点：(1)1U服务器的散热在服务器配置越来越好的今天，如果不处理好1U服务器的散热，那么死机、烧坏服务器元件将是家常便饭，即使拥有再快的处理速度，没有稳定性也白搭。(2)主板兼容性强现在主板的布局虽说不是千变万化，也是种类繁多，作为用来DIY的机箱，就要有特别好的兼容性，以期能适应大多数主板的散热需求，这也是为什么许多1U名牌服务器，能够将散热做得很好，因为其机箱内部的散热结构都是针对某一种型号的主板特定设计的，根本不用考虑这种风道设计能否兼容其他型号的主板散热，其实这种做法在一些进口的昂贵的1U服务器上也有体现。(3)散热风扇越多越好风扇的数量很重要，任何事物都是从量变到质变，没有量变不可能形成质的改变，所以机箱风量的大小，和风扇的数量有直接关系，这是不可否认的。现在面对的是动辄几十瓦上百瓦的CPU，光有好的风路布局是不行的，别想着通用巧妙的风路设计用一两个风扇解决问题，而且万一风扇稍有问题你的巧妙设计就可能成为灭顶之灾。所以说首先要保证有足够的风扇，才能谈布局。(4)电源的选择1U服务器专用的电源是专门设计的超薄电源，一般都随1U机箱一起购买，优质的电源是服务器安全运行的直接保障，决不能马虎，更不能图便宜。虽然1U服务器电源的原理并不复杂，但是由于一年365天不停机运行在散热不畅的狭小1U空间里，所以对电源元器件的耐用性要求很高，一般PC电源的质量是不能和服务器电源相提并论的，可以这么说，就是最低档的1U服务器电源，也比最高档的PC电源要求高，更何况1U服务器电源工作在恶劣的条件下，其质量要求更甚于塔式服务器电源。可见，虽然都是针对高密度计算，但出于不同的使用客户，对于1U服务器的选择也有所不同。

台式机的电脑电源的外壳尺寸，不是一模一样的。有些电脑电源为了符合超薄电脑机箱，它的电源外壳尺寸比一般电脑电源小。

上面的电脑电源明显比下面的电脑电源尺寸要小。

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