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處理器工作電流增長 垂直傳輸供電滿足所需

  • DIGITIMES企劃

Vicor Corporation應用工程師張育展。

隨著人工智慧、機器學習、大數據等高效能應用的出現,處理器工作電流持續增加,現在已經提高到數百安培;在未來,甚至是上千安培的程度,電源業者面臨極大挑戰。

傳統將大電流供電單元放置在處理器附近的負載點電源架構,的確可以減少主機板上的配電損耗,然而仍需面臨處理器與主板之間的互連難題。隨著處理器電流的增大,與處理器的剩餘這一小段距離,包含主板導體以及處理器插槽內的互連,現在已成為限制處理器效能和總體系統效率的瓶頸所在。

採用垂直供電,PDN電阻大幅降低

針對這最後一段距離,美商懷格Vicor Corporation認為垂直傳輸供電(VPD)是解決的好方法。Vicor Corporation應用工程師張育展說明,不同於橫向供電(LPD),對於極高的處理器電流,VPD是將電流倍增器模組直接放置在處理器下方,與LPD相比,這可將PDN電阻再降低達10倍之多。另外,垂直供電的另一項優勢,是為高速信號和I/O開放了上層PCB的電路板面積。

VPD採用與Vicor LPD解決方案類似的電流倍增器,但將通常部署在處理器下方的高頻旁路電容,集成在電流倍增器封裝中。此外,VPD還允許對MCM的輸出引腳到處理器電源引腳的間距,進行必要的修改,其輸出電源引腳也與處理器或ASIC的電源映射相匹配,可最大限度提高性能。

垂直傳輸供電的好處,適合用來解決資料中心面臨的電源挑戰。資料中心是耗電怪獸,且如上所述,隨著高效能運算及AI技術的廣泛應用,資料中心的耗電量還在無休無止地增加。為了提升效率、降低能耗,資料中心主要電壓已出現由12V轉向48V的趨勢,不過這也對傳統供電方式帶來許多挑戰。對此,Vicor提供可降低配電損耗並提高效率的48V解決方案,藉由橫向及垂直分比式電源的部署來解決難題。

資料中心轉向48V,雙向產品協助快速轉變

Vicor推出雙向48V至12V及穩壓48V至12V模組產品,包括普及型NBM2317固定比率轉換器和DCM3717穩壓轉換器。這些模組有助於電源系統結合48V和12V,為降壓或升壓轉換實現最高密度及效率,能讓資料中心業者迅速從現有12V負載系統快速轉換成具顯著電源系統尺寸、重量及效率優勢的高效能48V供電系統。

其中,DCM3717 48V至12V穩壓轉換器為非隔離,採用37x17x7.4公釐的表面黏著轉換器級封裝(SM-ChiP),支援40至60V SELV工作輸入電壓,可校定提供10.0至13.5V的穩壓輸出、750W的持續額定功率以及97%的峰值效率。其支援Open Compute Project(OCP)近期推出的48V機架式資料中心伺服器架構(Open Rack Standard V2.2),可為下游原有12V多相負載點轉換器提供具穩壓的48V至12V電源選項。

此外,如果應用系統不需要穩壓的12V電源,也可以採用Vicor 800W 48V至12V固定比率轉換器NBM2317,其採用更小型的23x17x7.4公釐SM-ChiP封裝,可相對更進一步提升達69%的功率密度以及97.9%的更高電源轉換效率。