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[导读]我与 Vicor 的产品营销和技术资源公司副总裁 Robert Gendron 就他们的数据中心战略进行了交谈。我首先询问了在他们的架构中使用 GaN 的情况;Vicor 已与其他 FET 一起评估了该技术。

我与 Vicor 的产品营销和技术资源公司副总裁 Robert Gendron 就他们的数据中心战略进行了交谈。我首先询问了在他们的架构中使用 GaN 的情况;Vicor 已与其他 FET 一起评估了该技术。

NBM 和 DCM

他们的非隔离总线模块 (NBM) 是一种双向固定架构,将以 97.9% 的峰值效率将 48V 转换为 12V,很快 Vicor 将推出效率达到 98.5% 的下一代版本。鉴于 NBM 的高密度(在 22.8×17.3×7.4 mm 封装中提供 800W 连续输出功率),他们有几种设计,其中 NBM 放置在 12V 多相稳压器 (VR) 前面的主板上。

他们的 DC-DC 转换器模块 (DCM) 是一种 48V 至 12V 的非隔离转换器,支持仍依赖传统 12V 配电的数据中心中的 48V 高性能 GPU,

Vicor 还构建了完整的设备组合,以支持 380V、交流和传统 12 种负载,从而形成一个 48V 集线器。“集线器”可在机架内实现 48V 或安全超低电压(SELV) 配电,从而最大限度地减少损耗。从 48V 开始,他们可以通过分比式电源解决方案直接连接到 CPU,包括横向和垂直电源传输方案。他们还可以通过 NBM 和 DCM 产品支持 12V 的传统多相稳压器,提供 48V 至 12V 的转换。

设计人员只需很少的设计修改即可轻松地将 12V 主板修改为 48V 机架使用。虽然它们最初是为高性能计算 (HPC) 使用而设计的。

垂直供电

随着 GPU 的电流为 500A 并在未来达到 1,000A,再加上人工智能(在此处了解更多关于强大的人工智能)和深度学习进入数据中心处理,我们需要创新的设计架构思维来正确地服务于这些应用程序。

处理器设计人员正在其架构中构建如此多的多核,以减少当今 5G、智能家居、智能工厂等应用的延迟。现在有 500W 处理器。目标是将所有东西都放入同一个芯片中以减少延迟,出于同样的原因,他们还希望光耦合器与处理器相邻。

Vicor 意识到董事会的损失是巨大的。他们认为这超过了电源解决方案中额外 1% 的效率提升。他们观察 400 µOhm 走线的功率损耗,在 200A 时,电路板本身有 10% 的损耗。即使效率为 99%,在 200A 电流下,电路板迹线 I 2 R 损耗也会损失大量功率。

Vicor 的电流乘法器解决方案是设计人员为数据中心处理器供电的电源架构解决方案的另一个绝佳选择。

上电封装技术可实现电流倍增,从而实现更高的效率、密度和带宽。在封装内提供电流倍增可以将互连损耗降低多达 90%,同时允许回收通常用于高电流传输的处理器封装引脚以扩展 I/O 功能。

处理器附近有“禁区”区域,因为噪声等可能是处理器精度的问题,从而导致错误。垂直电源模块 (VPM) 具有非常低的噪声拓扑。英特尔大约在三年前进行了一项研究,其中颜色代表红外图像中的噪声,该图像显示处理器附近的噪声水平可接受。

Vicor 说,在多相设计中发现的问题之一是电感器/磁体非常嘈杂。Vicor 在其输出级不使用电感器,因此噪声水平很低,这使它们能够直接接近处理器和 I/O 线路。他们在这些架构或测试中从未遇到过噪音问题。

另一个问题是大多数 AI 处理器和其他超高速 GPU 处理器需要访问处理器芯片周围的所有四个侧面。数据中心和其他电子架构一直希望电源几乎不可见。因此,这些限制给这类架构中的电源设计人员带来了挑战。

齿轮电流倍增器架构

Vicor 最大的努力是垂直供电 (VPD)。他们绘制了客户对 CPU、GPU 和 ASIC 峰值电流交付要求的图表。从 2010 年开始,峰值电流发生了明显的变化,急剧增加。这是由于 AI 处理能力的扩展以及 14、12、10 和现在的 7nm 的较低处理器制造节点。

电路板上提供的更多功率意味着更关注转换器的效率以及功率分配或传输中的损耗。随着功率的增加,一个问题是转换器的尺寸通常会增加,这意味着它们不能放置在处理器附近。这种放置问题会在电路板上产生额外的损耗。

Nvidia SXM3是利用其分解电源解决方案的 AI 处理器的一个很好的例子。这种类型的解决方案可以提供超过 1,000A 的峰值电流。鉴于这些设备的尺寸和低高度,它们可以比传统类型的 VR 更靠近处理器。

这些 I 2 R 损失会导致效率低下并产生热量。他们绘制了 400µOhm 电路板损耗的损耗图。您可以看到,仅在 200A 电流时,电路板的效率就会降低 10%。

当设备在横向配置中使用时,他们的分比式电源解决方案通常会减少 90% 的电路板损耗,就像在 Nvidia 解决方案中一样。然而,随着电流的进一步增加,除了减小 VR 的尺寸之外,还需要进一步减少传输损耗。VR 的尺寸是一个非常重要的考虑因素,因为随着处理器消耗更多电流并提高其计算能力,需要增加 I/O 和更快的 I/O。横向放置在处理器(任何人的 VR)的 VR 可以阻止进出处理器的有价值的网关。

这就是导致 Vicor 加入 VPD 的原因。它几乎消除了所有的电力传输损失,并且可以在所有四个侧面上不受阻碍地访问处理器。他们能够在 VPD VR 中采用他们现在使用了 10 年的相同分解电源架构。他们目前的乘法器设备已经从 VTM 发展到 MCM,现在 GCM 直接放置在处理器下方。他们的 GCM 设备不仅提供电流传输,还包含直接位于处理器下方的关键旁路电容。

Vicor 最近还宣布与京瓷合作,重点介绍他们如何提供 VR 解决方案,而京瓷如何为客户提供处理器基板(或封装)设计。这种合作使设计人员能够快速利用他们的 VPD VR 解决方案。


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