谷歌在OpenPOWER峰會和開放計算項目(OCP)美國峰會上的公告是最近轉(zhuǎn)向48V服務器和基礎設施的行業(yè)證據(jù)。 從傳統(tǒng)的12V服務器機架到48V機架的轉(zhuǎn)變預計會使能量損失減少30%以上，但服務器和數(shù)據(jù)中心的額外挑戰(zhàn)還是推動了12V的變化。
傳統(tǒng)電源設計
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，多階段設計至少可以為CPU提供至少二十年的動力。隨著時間的推移，根據(jù)MOSFET和磁性改進的行業(yè)趨勢，對該電源方案進行了改進。最近，已經(jīng)實現(xiàn)了先進的功率管理方案，其動態(tài)地僅涉及功率所需的功率相位級的數(shù)量，否則稱為動態(tài)相位減小。
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但是，所有這些改進并沒有消除能量儲存/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供電所需的功率級階段的數(shù)量增加。峰值電流進一步加劇了增加峰值功率所需的功率級數(shù)。
對于較新的服務器設計，不斷增長的CPU功率需求只是一個問題。當服務器CPU功率需求不斷增長時，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增加信號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?
在服務器機架和服務器主板上分配電源會造成損失。這些損耗由電阻損耗計算，包括銅母線，導線和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現(xiàn)16倍的節(jié)省。但是，從歷史上看，48V發(fā)射時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多相設計相比，一個限制是效率。也就是說，從48V(低于12V轉(zhuǎn)換效率)轉(zhuǎn)換時，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)換設計消耗的電路板面積遠遠超過12V設計。
Vicor是如何做到的 - > 48V直接連接到CPU
Vicor憑借其經(jīng)過驗證的稱為分解功率的架構接近CPU功率。這種架構放棄了傳統(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架構可能看起來像兩個轉(zhuǎn)換階段，但它實際上是一個階段，分為兩個組件，直接向CPU提供48V電壓。第一級(PRM)僅使用高性能零電壓開關(ZVS)拓撲來處理預調(diào)節(jié)。第二個組件(VTM)使用正弦幅度轉(zhuǎn)換器(SAC)拓撲處理調(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(并在每個內(nèi)部實施創(chuàng)新的開關技術)，48V的轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)傳統(tǒng)12v多相的效率。
大小 - 在CPU附近啟用單組件電源
高密度服務器主板上的不動產(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元件放置在寶貴的CPU區(qū)域內(nèi)(Buck Boost預調(diào)節(jié)器可以放置在PCB的邊緣而不會受到懲罰)。與傳統(tǒng)的12V多相設計相比，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。除了突破48V屏障外，Vicor解決方案還提供了優(yōu)于 傳統(tǒng)設計的性能 ，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(進一步消除損耗)。其他優(yōu)勢包括簡化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，從而實現(xiàn)更高的CPU I / O靈活性和容量。
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