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迎接48V供电架构,Vicor早已做好准备
文章来源:永阜康科技 更新时间:2021/8/2 14:02:00

大数据+人工智能正在渗透着无数个行业,其对高性能计算需求日益增长。而数据中心是支撑计算服务的基础设施。用来传递、加速、分析、计算、存储数据信息。因人工智能的迅速发展,数据中心承担的数据吞吐量大幅提升,要求负载不断增加,提高数据中心尺寸和密度也变的迫在眉睫。以配电架构为例,当电源需求量增大时,传统的12V已不能满足终端产品对电力增加的需求,48V供电电压解决方案应运而生。事实上提高配电电压并非容易,电源模块专家Vicor公司通过高性能、高密度的模块化电源解决方案解决了电压提升的痛点。

低电压大电流需求带来的挑战

人工智能时代是追求算力的时代,然而算力的提升伴随的便是电流迅速的增长,而另一方面电压则是缓慢下降的过程。下图可见,2020到2021年,CPU、GPU、ASIC、FPGA等AI芯片的耗电明显上升,2021年AI芯片供电电流已达1200A,电压约达0.7、0.8V。Vicor高级现场应用工程师杨周解释说,这是因为代工巨头台积电、中芯国际都在提升晶圆的制程,由原来的12nm到3nm,晶体管的数量增多,单位面积加大,所带来的便是电流的增长,损耗的增加,当制程越小时,晶体管承受的电压越低,意味着XPU计算效率就会降低。这种趋势为电源设计带来极大的挑战。Vicor是如何应对低电压大电流需求所带来的挑战呢?

分比式架构去除最后一英寸,降低损耗,节省空间

分比式电源架构是Vicor的创新,其核心是将功率转换与稳压模块分成二部分,重点是第二级无需负责稳压,仅具功率转换功能,从而电源面积可以做到小而薄,位置可以放在侧面,布局在距CPU最近的地方,这样便去掉了最后一英寸。不仅如此,Vicor的垂直电源设计,将封装模块从原来的PCB板上直接贴到CPU的背面,不仅减少了额外损耗,还节省了PCB的空间,留出更多的位置给计算应用。

侧面摆放电源

以2020年英伟达加速卡为例,基于Vicor六个小电源模块解决英伟达700W电源需求。此卡采用侧面摆放电源实例,紧挨着GPU两侧的便是Vicor分布式架构的第二级功率转换模块,可提供600A/TDC持续电流,峰值电流可达1200A,而第一级稳压模块则可以距GPU远一些不影响效率。

垂直电源设计针对更高功率需求

Vicor DCM3635专为更高功率需求设计,高度7.5毫米,内部集成Vicor分比式架构中的两个部分,解决最极端的晶圆级CPU集群问题,直接输入48V。

GCM3330模块,高度4.1毫米,仅有第二级功率转换部分,贴在CPU下面,这种情况下相对于DCM3635模块简单,且节省空间。

新一代2.8毫米VTM3108模块,为标准系统,受众较多,灵活性强,且P角兼容,可自行根据需要选择侧面或垂直摆放,此系列产品已面世,满足不同客户对电流的需求。

12V到48V互转神器

虽然48V架构之路已经打开,但目前传统的数据中心仍有90%采用12V架构,或者在未来一段时间里两种架构仍需混搭使用。为解决这种过渡问题,Vicor可提供从12V到48V互转的方案。以NBM2317为例,该模块的输入和输出可以反向,而且外围线路不需要做任何的改变,效率可达98%,相比市场上其他电源模块有70%的功率密度提升。

高压直流方案和交流直流方案

上面提到人工智能的发展,对算力、功率的需求迅速增长。下图可见自2010年机架功率上涨明显,尤其2015年以后功率接近直线上升,2020年一个机架功率高达200千瓦,Vicor高级现场应用工程师杨周举例说明:“以前一个200千瓦可能需要几间屋子才容的下,现在要求200千瓦放在一个机架里面,这对于供电是很大的挑战。” Vicor用一些高功率密度的模块去重新摆放机架上的电源方案,或侧面或垂直层层平铺,可以省约出大量的空间,满足高功率密度应用需求。

重新部署AC/DC电源转换

Vicor的高压直流的电源模块BCM6135,输入380V直流电压,输出48V,此模块是分比式架构的典型应用;另外交流直流电源模块PFM9280,Vicor将单向改为三向交流直接供电,5000w功耗。在工业或汽车上均能得到广泛应用。

总结起来,Vicor在数据中心的三大类电源产品,包括被称为移除最后一英寸的48V母线电压架构产品、 48V和12V的桥接产品、高压直流电模块和AC/DC直流电模块完全可以应对如今数据中心对大电流低电压的需求。

坚持创新 前瞻布局

Vicor创办40年以来一直坚持创新发展,作为拥有170多项专利的全球电源模块技术公司,其始终走在配电网络、控制系统、组件、封装方面的最前沿。值得一提的是公司创始人兼CEO Patrizio Vinciarelli先生在2019年获得IEEE William E.Newell“电力电子杰出人物“大奖,得益于其在配电网络领域的众多专利,比如零电流、零电压的电源转换拓扑、分比式电源架构,充分利用电流倍增模块,使得在不足1V的电压下提供数百A的电流,Vicor亚太区市场经理孟令冲介绍说。

该公司早在2007年就开始倾心研发48V配电架构,如今相关方案已被谷歌、英伟达等巨头公司采用,并经过市场的考验,现已成熟。除数据中心外,工业、汽车、机器人、无人机、LED、轨道交通、ATE等领域都在朝48V方向推进,可以说48V时代已正式来临,作为生态链中的一员,Vicor有实力引领行业发展,推动生态完善。



 
 
 
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