如何將數據中心從12V轉換為48V

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向48V服務器和基礎設施的行業證據。 從傳統的12V服務器機架到48V機架的轉變預計會使能量損失減少30%以上,但服務器和數據中心的額外挑戰還是推動了12V的變化。

傳統電源設計

更高的電流和更低的電壓CPU要求觸發了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MOSFET和磁性改進的行業趨勢,對該電源方案進行了改進。最近,已經實現了先進的功率管理方案,其動態地僅涉及功率所需的功率相位級的數量,否則稱為動態相位減小。

更多更多更多…

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。

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換器如何污染CPU的相鄰數據線。

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16倍的節省。但是,從歷史上看,48V發射時所需的增益伴隨著將48V轉換為CPU電壓的性能限制。與傳統的12V多相設計相比,一個限制是效率。也就是說,從48V(低于12V轉換效率)轉換時,歷史上已經回收了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48V直接CPU功率轉換。

TU1

圖1

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

效率 - 匹配48V轉換為12V

Vicor Factorized Power架構可能看起來像兩個轉換階段,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)拓撲來處理預調節。第二個組件(VTM)使用正弦幅度轉換器(SAC)拓撲處理調節電壓到CPU電壓的電壓轉換。通過將轉換分為其調節和轉換功能(并在每個內部實施創新的開關技術),48V的轉換可以實現傳統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是非常寶貴的,甚至更多地圍繞CPU本身,數百甚至數千個I / O被路由到CPU和CPU

TU2

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區域內(Buck Boost預調節器可以放置在PCB的邊緣而不會受到懲罰)。與傳統的12V多相設計相比,這可節省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轉換的歷史限制來充分利用48V的優勢。除了突破48V屏障外,Vicor解決方案還提供了優于 傳統設計的性能 ,為下一代高功率CPU創造了持續的發展道路。

高密度VTM不僅可以輕松放置在CPU附近,還可以在CPU內使用。將VTM功能放置在CPU封裝內可消除在功率轉換器和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,從而實現更高的CPU I / O靈活性和容量。

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