大數(shù)據(jù)+人工智能正在滲透著無數(shù)個行業(yè)，其對高性能計算需求日益增長。而數(shù)據(jù)中心是支撐計算服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。用來傳遞、加速、分析、計算、存儲數(shù)據(jù)信息。因人工智能的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心承擔(dān)的數(shù)據(jù)吞吐量大幅提升，要求負(fù)載不斷增加，提高數(shù)據(jù)中心尺寸和密度也變的迫在眉睫。以配電架構(gòu)為例，當(dāng)電源需求量增大時，傳統(tǒng)的12V已不能滿足終端產(chǎn)品對電力增加的需求，48V供電電壓解決方案應(yīng)運(yùn)而生。事實上提高配電電壓并非容易，電源模塊專家Vicor公司通過高性能、高密度的模塊化電源解決方案解決了電壓提升的痛點。
低電壓大電流需求帶來的挑戰(zhàn)
人工智能時代是追求算力的時代，然而算力的提升伴隨的便是電流迅速的增長，而另一方面電壓則是緩慢下降的過程。下圖可見，2020到2021年，CPU、GPU、ASIC、FPGA等AI芯片的耗電明顯上升，2021年AI芯片供電電流已達(dá)1200A，電壓約達(dá)0.7、0.8V。Vicor高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師楊周解釋說，這是因為代工巨頭臺積電、中芯國際都在提升晶圓的制程，由原來的12nm到3nm，晶體管的數(shù)量增多，單位面積加大，所帶來的便是電流的增長，損耗的增加，當(dāng)制程越小時，晶體管承受的電壓越低，意味著XPU計算效率就會降低。這種趨勢為電源設(shè)計帶來極大的挑戰(zhàn)。Vicor是如何應(yīng)對低電壓大電流需求所帶來的挑戰(zhàn)呢？
分比式架構(gòu)去除最后一英寸，降低損耗，節(jié)省空間
分比式電源架構(gòu)是Vicor的創(chuàng)新，其核心是將功率轉(zhuǎn)換與穩(wěn)壓模塊分成二部分，重點是第二級無需負(fù)責(zé)穩(wěn)壓，僅具功率轉(zhuǎn)換功能，從而電源面積可以做到小而薄，位置可以放在側(cè)面，布局在距CPU最近的地方，這樣便去掉了最后一英寸。不僅如此，Vicor的垂直電源設(shè)計，將封裝模塊從原來的PCB板上直接貼到CPU的背面，不僅減少了額外損耗，還節(jié)省了PCB的空間，留出更多的位置給計算應(yīng)用。
側(cè)面擺放電源
以2020年英偉達(dá)加速卡為例，基于Vicor六個小電源模塊解決英偉達(dá)700W電源需求。此卡采用側(cè)面擺放電源實例，緊挨著GPU兩側(cè)的便是Vicor分布式架構(gòu)的第二級功率轉(zhuǎn)換模塊，可提供600A/TDC持續(xù)電流，峰值電流可達(dá)1200A，而第一級穩(wěn)壓模塊則可以距GPU遠(yuǎn)一些不影響效率。
垂直電源設(shè)計針對更高功率需求
Vicor DCM3635專為更高功率需求設(shè)計，高度7.5毫米，內(nèi)部集成Vicor分比式架構(gòu)中的兩個部分，解決最極端的晶圓級CPU集群問題，直接輸入48V。
GCM3330模塊，高度4.1毫米，僅有第二級功率轉(zhuǎn)換部分，貼在CPU下面，這種情況下相對于DCM3635模塊簡單，且節(jié)省空間。
新一代2.8毫米VTM3108模塊，為標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，受眾較多，靈活性強(qiáng)，且P角兼容，可自行根據(jù)需要選擇側(cè)面或垂直擺放，此系列產(chǎn)品已面世，滿足不同客戶對電流的需求。
12V到48V互轉(zhuǎn)神器
雖然48V架構(gòu)之路已經(jīng)打開，但目前傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心仍有90%采用12V架構(gòu)，或者在未來一段時間里兩種架構(gòu)仍需混搭使用。為解決這種過渡問題，Vicor可提供從12V到48V互轉(zhuǎn)的方案。以NBM2317為例，該模塊的輸入和輸出可以反向，而且外圍線路不需要做任何的改變，效率可達(dá)98%，相比市場上其他電源模塊有70%的功率密度提升。
高壓直流方案和交流直流方案
上面提到人工智能的發(fā)展，對算力、功率的需求迅速增長。下圖可見自2010年機(jī)架功率上漲明顯，尤其2015年以后功率接近直線上升，2020年一個機(jī)架功率高達(dá)200千瓦，Vicor高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師楊周舉例說明：“以前一個200千瓦可能需要幾間屋子才容的下，現(xiàn)在要求200千瓦放在一個機(jī)架里面，這對于供電是很大的挑戰(zhàn)�！� Vicor用一些高功率密度的模塊去重新擺放機(jī)架上的電源方案，或側(cè)面或垂直層層平鋪，可以省約出大量的空間，滿足高功率密度應(yīng)用需求。
重新部署AC/DC電源轉(zhuǎn)換
Vicor的高壓直流的電源模塊BCM6135，輸入380V直流電壓，輸出48V，此模塊是分比式架構(gòu)的典型應(yīng)用；另外交流直流電源模塊PFM9280，Vicor將單向改為三向交流直接供電，5000w功耗。在工業(yè)或汽車上均能得到廣泛應(yīng)用。
總結(jié)起來，Vicor在數(shù)據(jù)中心的三大類電源產(chǎn)品，包括被稱為移除最后一英寸的48V母線電壓架構(gòu)產(chǎn)品、 48V和12V的橋接產(chǎn)品、高壓直流電模塊和AC/DC直流電模塊完全可以應(yīng)對如今數(shù)據(jù)中心對大電流低電壓的需求。
堅持創(chuàng)新 前瞻布局
Vicor創(chuàng)辦40年以來一直堅持創(chuàng)新發(fā)展，作為擁有170多項專利的全球電源模塊技術(shù)公司，其始終走在配電網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、組件、封裝方面的最前沿。值得一提的是公司創(chuàng)始人兼CEO Patrizio Vinciarelli先生在2019年獲得IEEE William E.Newell“電力電子杰出人物“大獎，得益于其在配電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的眾多專利，比如零電流、零電壓的電源轉(zhuǎn)換拓?fù)�、分比式電源架�?gòu)，充分利用電流倍增模塊，使得在不足1V的電壓下提供數(shù)百A的電流，Vicor亞太區(qū)市場經(jīng)理孟令沖介紹說。
該公司早在2007年就開始傾心研發(fā)48V配電架構(gòu)，如今相關(guān)方案已被谷歌、英偉達(dá)等巨頭公司采用，并經(jīng)過市場的考驗，現(xiàn)已成熟。除數(shù)據(jù)中心外，工業(yè)、汽車、機(jī)器人、無人機(jī)、LED、軌道交通、ATE等領(lǐng)域都在朝48V方向推進(jìn)，可以說48V時代已正式來臨，作為生態(tài)鏈中的一員，Vicor有實力引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，推動生態(tài)完善。 |
