大数据中心电源和能量使用的情况讨论，第三部分

意法半导体

意法半导体的数据中心电源架构战略和产品给我留下了深刻的印象。首先，他们是Power Stamp Alliance的一员。我喜欢这样一个事实，即在开发云数据中心电源的公司中，设计人员和采购人员都可以选择拥有来自多个电源供应商的外形和功能的多源电源解决方案。数据中心人员也对此感到满意。

我与 STMicroelectronics 的电源 IC 产品营销经理 Paolo Sandri 就他们的数据中心电源管理策略进行了交谈。最重要的是，ST 提供了基于其客户需求的多种选择。我喜欢这样，因为一种尺寸并不适合所有人。

48V 至 12V 中间非稳压总线转换器 (IBC)

该设计具有 40V 至 60V 的输入能力，具有 4:1 的转换比和高达 1kW 的热设计功率 (TDP)。英特尔将 TDP 11定义 为“处理器的规范。OEM 必须设计满足或超过处理器数据表规定的 TDP 的散热解决方案。” ST了解处理器需求!

该设计具有零交叉开关 (ZCS)，适用于所有具有现成组件和小于 5mm 的薄型高度的 MOSFET。尺寸为 1/8砖 ，在 360W 时效率为 98%。

STBuck(堆叠降压)，48V 至 12V 稳压 IBC

该转换器架构具有 36V 至 60V 输入和 12V 输出，可通过 PMBus 进行调节(我喜欢数字电源控制!)。外形尺寸为 1/8 砖，最多可扩展到四个单元。

效率曲线在 150W 输出时达到 98.4% 的峰值。

48V 到 POL 直接转换

该设计具有 40V 至 60V 的输入范围和 V OUT ，适用于 1.8V典型值 的英特尔 VR13HC 处理器， 完全符合英特尔的测试计划。此外，它还可以为 1.2V Typ的 DDR 供电。

它还具有 205W TDP 和 413W Max。I OUT Max 在 570KHz 的开关频率下为 228A。功率密度为 100W/in 2 ，电路板占位面积为 1.6×2.6″。

我将 STMicroelectronics 评为“A”级，因为它为设计人员提供了出色的数据中心电源选项。

英飞凌

向 48V 拓扑架构的转变是由机架中不断增加的功率水平推动的。Nvidia 去年完全改用 48V。就在那时，他们推出了DGX-2平台。采用 48V 解决方案的截止值在 10 到 20 kW 之间，在如此高的 GPU 电流消耗架构中，必须尽可能地将损耗降到最低。英飞凌有许多解决方案，包括在某些设计中使用 GaN 功率元件。一个例子是使用 GaN 将交流电源直接转换为 48V 的电源区域。对于每个 CPU/GPU，此功率级别约为每个处理器 500W，并且所有处理器电路通常位于板上 10×10 厘米的区域中，用于单个处理器。

在卡级别，英飞凌拥有基于 GaN 的半桥以及传统的硅解决方案，具体取决于客户需要的权衡和考虑。英飞凌还有另一个很好的解决方案供设计人员考虑：GaN 晶体管。

这种拓扑结构中的 48V 系统可以通过全桥整流实现。随着计算架构转向使用 GPU 进行更多并行处理，每个机架的功耗增加了两倍，达到 20 kW 或更高。对于这个用例，使用 12V 电源的配电损耗太大。它通常是带有 GPU 和高端 FPGA 和 ASIC 的加速器卡，用于执行定制的 AI 工作负载。因此，机架上 48V 电源越来越受欢迎，并强调效率。

通过使用 35 mΩ GaN 器件填充初级侧半桥，可以在 DC-DC 级中实现进一步的改进。利用较低数量级的 Qoss 电荷，以及对谐振频率和磁化电感的相关调整，将系统效率提高约 0.3%。将变压器设置更改为矩阵结构，串联初级绕组和并联次级绕组，可再提高 0.3%。

PFC 和 LLC 级的改进相结合，可将功率密度为 30 至 35 W/英寸3的峰值效率 提高至 98.5%。英飞凌还与所有模块化电源制造商合作，为其解决方案授权。该公司仍然认为 12V 服务器将在一段时间内继续成为服务器市场的重要组成部分。

对于未来，他们看到中间 12V 下降到 7、6 或 5V。在这些情况下，解决方案的尺寸会随着频率的提高而缩小，并且电源可以更靠近处理器。今天英飞凌的典型功率级是相同功率范围内的 5×6 和 3×5。

ADI 公司

ADI 公司的数据中心电源管理解决方案架构分为两个阶段，先使用 LTC7821(48V 至 12V)，然后使用 LTM4700(微型模块)在 100A 以上(它们是多相的)从 12V 变为 0.x V。

第一步是使用具有 40V 至 60V 输入范围的 LTC7821 将 48V 降至 12V。可以使用小型 (0.75×0.73 in) 2µH 电感器，例如 SER2011-202ML，因为开关频率高达 400 kHz，并且电感器 在开关节点处仅承受 V IN的一半。

布局：通过使用 PC 板的顶部和底部，总线转换器的一种可能布局具有 2.7 cm 2的占位面积 。效率在 15A 左右时接近 98%。

12V 至处理器电压

下一步是从 12V 降至所需的处理器电平。LTM4700 µModule 用于此目的。转换器模块可以输出 0.9V，同时在 325 kHz 至 425 kHz 之间切换电平。多个模块可以并联以获得更高的电流，例如在 400A 下使用四个 LTM4700 模块进行 8 相操作。

在 12V 输入和 1V 输出 @ 100A、200 LFM 气流下，该器件可以在大约 73.4ºC 的温度下运行而无需散热。可以使用 I 2 C、SMBus 或 PMBus 接口。

设计人员有广泛的电源管理选项可供选择，用于这个蓬勃发展的数据服务器领域。设计师的职责是与客户合作，为他们的特定需求创建最佳解决方案。会有妥协;然而，我们的设计专业知识与电源 IC 公司、他们多样化和创造性的解决方案以及他们的专家经验相结合，将有助于提供一个成功的最终解决方案来满足客户的需求。