谷歌在OpenPOWER峰會(huì)和開放計(jì)算項(xiàng)目(OCP)美國(guó)峰會(huì)上的公告是最近轉(zhuǎn)向48V服務(wù)器和基礎(chǔ)設(shè)施的行業(yè)證據(jù)。 從傳統(tǒng)的12V服務(wù)器機(jī)架到48V機(jī)架的轉(zhuǎn)變預(yù)計(jì)會(huì)使能量損失減少30%以上，但服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的額外挑戰(zhàn)還是推動(dòng)了12V的變化。

傳統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

更高的電流和更低的電壓CPU要求觸發(fā)了CPU的多相電源方案的使用。該電源方案旨在管理“能量與尺寸”功率電感器的不足。從他們的首次亮相開始，多階段設(shè)計(jì)至少可以為CPU提供至少二十年的動(dòng)力。隨著時(shí)間的推移，根據(jù)MOSFET和磁性改進(jìn)的行業(yè)趨勢(shì)，對(duì)該電源方案進(jìn)行了改進(jìn)。最近，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的功率管理方案，其動(dòng)態(tài)地僅涉及功率所需的功率相位級(jí)的數(shù)量，否則稱為動(dòng)態(tài)相位減小。

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但是，所有這些改進(jìn)并沒有消除能量?jī)?chǔ)存/交付的基本缺陷與磁性元件的尺寸。因此，隨著CPU功率需求的增加，為CPU供電所需的功率級(jí)階段的數(shù)量增加。峰值電流進(jìn)一步加劇了增加峰值功率所需的功率級(jí)數(shù)。

對(duì)于較新的服務(wù)器設(shè)計(jì)，不斷增長(zhǎng)的CPU功率需求只是一個(gè)問題。當(dāng)服務(wù)器CPU功率需求不斷增長(zhǎng)時(shí)，電路板上允許的電源空間正在減少。更高的密度和更高的功率也會(huì)增加信號(hào)完整性問題或電源轉(zhuǎn)換器如何污染CPU的相鄰數(shù)據(jù)線。

為什么48V?

在服務(wù)器機(jī)架和服務(wù)器主板上分配電源會(huì)造成損失。這些損耗由電阻損耗計(jì)算，包括銅母線，導(dǎo)線和PCB走線。48V與12V的發(fā)射功率可在相同的功率傳輸下降低16倍的功率損耗。任何其他方式都難以實(shí)現(xiàn)16倍的節(jié)省。但是，從歷史上看，48V發(fā)射時(shí)所需的增益伴隨著將48V轉(zhuǎn)換為CPU電壓的性能限制。與傳統(tǒng)的12V多相設(shè)計(jì)相比，一個(gè)限制是效率。也就是說，從48V(低于12V轉(zhuǎn)換效率)轉(zhuǎn)換時(shí)，歷史上已經(jīng)回收了48V分配所帶來的效率增益。尺寸也很重要，歷史48V電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)消耗的電路板面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過12V設(shè)計(jì)。

Vicor是如何做到的 - > 48V直接連接到CPU

Vicor憑借其經(jīng)過驗(yàn)證的稱為分解功率的架構(gòu)接近CPU功率。這種架構(gòu)放棄了傳統(tǒng)的多相電源方案及其所有限制。Vicor方法可通過一組有限的組件實(shí)現(xiàn)48V直接CPU功率轉(zhuǎn)換。

圖1

圖1中的插圖突出顯示了除48V至12V轉(zhuǎn)換器外所需的等效12V多相解決方案。

效率 - 匹配48V轉(zhuǎn)換為12V

Vicor Factorized Power架構(gòu)可能看起來像兩個(gè)轉(zhuǎn)換階段，但它實(shí)際上是一個(gè)階段，分為兩個(gè)組件，直接向CPU提供48V電壓。第一級(jí)(PRM)僅使用高性能零電壓開關(guān)(ZVS)拓?fù)鋪硖幚眍A(yù)調(diào)節(jié)。第二個(gè)組件(VTM)使用正弦幅度轉(zhuǎn)換器(SAC)拓?fù)涮幚碚{(diào)節(jié)電壓到CPU電壓的電壓轉(zhuǎn)換。通過將轉(zhuǎn)換分為其調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換功能(并在每個(gè)內(nèi)部實(shí)施創(chuàng)新的開關(guān)技術(shù))，48V的轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)12v多相的效率。

大小 - 在CPU附近啟用單組件電源

高密度服務(wù)器主板上的不動(dòng)產(chǎn)是非常寶貴的，甚至更多地圍繞CPU本身，數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)I / O被路由到CPU和CPU

圖2但CPU的電源需要放在CPU附近。Vicor解決方案只需要將一個(gè)元件放置在寶貴的CPU區(qū)域內(nèi)(Buck Boost預(yù)調(diào)節(jié)器可以放置在PCB的邊緣而不會(huì)受到懲罰)。與傳統(tǒng)的12V多相設(shè)計(jì)相比，這可節(jié)省50%或更多的空間。見圖2。

下一步是什么?

Vicor 48V直接到CPU解決方案使服務(wù)器能夠通過克服48V轉(zhuǎn)換的歷史限制來充分利用48V的優(yōu)勢(shì)。除了突破48V屏障外，Vicor解決方案還提供了優(yōu)于 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能 ，為下一代高功率CPU創(chuàng)造了持續(xù)的發(fā)展道路。

圖3高密度VTM不僅可以輕松放置在CPU附近，還可以在CPU內(nèi)使用。將VTM功能放置在CPU封裝內(nèi)可消除在功率轉(zhuǎn)換器和CPU之間提供低電壓/高電流的短但臨界距離(進(jìn)一步消除損耗)。其他優(yōu)勢(shì)包括簡(jiǎn)化CPU周圍的布局/密度問題，并消除CPU封裝所需的大部分電源引腳，從而實(shí)現(xiàn)更高的CPU I / O靈活性和容量。