“48V，未來(lái)幾年將能夠看到它在云計(jì)算、高性能計(jì)算以及廣泛的AI市場(chǎng)領(lǐng)域中大量應(yīng)用，Vicor很幸運(yùn)較早就進(jìn)入到了48V領(lǐng)域中。”Vicor市場(chǎng)經(jīng)理孟令沖表示。
日前，在OCP大會(huì)上，降碳增效備受關(guān)注。Vicor作為領(lǐng)先的高密度電源模塊生產(chǎn)商，在OCP期間舉辦了一場(chǎng)專業(yè)的媒體見(jiàn)面會(huì)，分享了數(shù)據(jù)中心電源配電上的市場(chǎng)趨勢(shì)及其48V直流供電系統(tǒng)解決方案。
48V深耕多年
隨著5G、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，作為底層的算力基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心面臨新的要求和挑戰(zhàn)。終端產(chǎn)品對(duì)電力的需求增加，原有的12V配電架構(gòu)無(wú)法滿足需求，需要提高配電電壓，向48V提升成為大勢(shì)所趨。“其實(shí)提高配電電壓并不簡(jiǎn)單，Vicor在這個(gè)領(lǐng)域深耕多年，通過(guò)高性能、高密度的模塊化電源解決方案，能夠解決這個(gè)問(wèn)題。”孟令沖表示。
坐落于馬薩諸塞州安多弗的Vicor公司擁有40年歷史，致力于提供各種模塊化電源組件和完整的電源系統(tǒng)，公司非常注重創(chuàng)新，每年投入的研發(fā)費(fèi)用占到營(yíng)收的16%左右。同時(shí)擁有170多個(gè)專利，在配電網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、組件、封裝方面均有創(chuàng)新。隨著市場(chǎng)需求不斷增加，2018年工廠擴(kuò)建后產(chǎn)能提升了6倍，目前正在擴(kuò)建一個(gè)新工廠，面積將增加8500英尺。
在48V配電架構(gòu)上，Vicor的相關(guān)方案已經(jīng)被谷歌、英偉達(dá)等巨頭公司采用，經(jīng)過(guò)了市場(chǎng)檢驗(yàn)。隨著這些年的不斷優(yōu)化和演進(jìn)，Vicor在48V配電架構(gòu)上，以創(chuàng)新的架構(gòu)、先進(jìn)的拓?fù)洹⒖刂葡到y(tǒng)、獨(dú)特的組件及封裝四大創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。
針對(duì)目前市場(chǎng)的特點(diǎn)，Vicor給出了為移除最后一英寸的48V靠電、12V/48V橋接、高壓直流DC和AC/DC三大解決方案。
最后一英寸（Last inch）
“低電壓大電流的需求，對(duì)電源設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)在未來(lái)會(huì)持續(xù)存在，并且會(huì)越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。” Vicor高級(jí)工程師楊周指出。
處理器電壓不斷降低，峰值電流迅速增長(zhǎng)
隨著對(duì)算力的追求，2000年-2021年，CPU、GPU和AI芯片靠電呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)，而算力的提升則伴隨著電流迅速增長(zhǎng)、靠電電壓緩慢下降。在2020年已出現(xiàn)了交匯點(diǎn)，電流大概是1200A，對(duì)應(yīng)的靠電電壓大概是0.8。這種趨勢(shì)并不可逆，隨著晶圓制程的進(jìn)一步減小，對(duì)應(yīng)的單位面積晶體管數(shù)量越來(lái)越多，晶體管承受的電壓率越低，這種趨勢(shì)還將持續(xù)下去。
而低電壓大電流將會(huì)造成巨大的“最后一英寸”損耗。服務(wù)器的負(fù)載點(diǎn)與CPU之間的距離即“最后一英寸”（last inch）。楊周介紹，在靠電電流200A、300A時(shí)，F(xiàn)IR大概也只有20W、30W，相對(duì)于幾百瓦的CPU來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。但是電流上漲到1000A時(shí)，F(xiàn)IR的損耗到達(dá)400W，是純粹的PCB損耗，系統(tǒng)的供電效率會(huì)降到低于50%。一個(gè)系統(tǒng)的效率低于50%，那么這個(gè)設(shè)計(jì)就已經(jīng)失敗了。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，Vicor給出了一種分比式電源架構(gòu)，將穩(wěn)壓和變壓功能分開(kāi)，可以把第二部分供電轉(zhuǎn)化模塊做到非常小、非常薄，從原來(lái)的PCB板子改為直接貼到CPU上，去除掉last inch，進(jìn)而減小損耗。
Vicor分比式電源架構(gòu)
此外，針對(duì)PCB空間的局限性，Vicor還給出了一種垂直電源方案，將電源模塊封裝在一起，可以直接貼在CPU的對(duì)面，減小last inch的同時(shí)達(dá)到節(jié)省空間的效果。
NVIDIA加速卡采用Vicor方案
12V至48V雙向橋接
48V是今后的發(fā)展趨勢(shì)，以AI芯片OAM卡、加速卡、AI邊緣計(jì)算的服務(wù)器等為代表的高功率密度應(yīng)用已經(jīng)升級(jí)到了48V，但目前傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心里，服務(wù)器上90%還是12V。現(xiàn)在的48V邊緣計(jì)算和傳統(tǒng)的機(jī)房還要混搭，因此12V和48V需要一個(gè)中間轉(zhuǎn)化模塊。
Vicor提供了12V-48V雙向轉(zhuǎn)化的方案，即NBM2317模塊，其輸入和輸出可以反向，在此過(guò)程中外圍線路無(wú)需任何改變，并且效率可以高達(dá)98%。據(jù)楊周介紹，NBM2317模塊相對(duì)目前市場(chǎng)上其他電源模塊可以實(shí)現(xiàn)70%功率密度的提升。
英特爾OAM加速卡采用NBM2317
壓直流DC和AC/DC轉(zhuǎn)換
2015年前后，隨著CPU、GPU、AI芯片對(duì)算力的要求增加，服務(wù)器功率密度激增，如今機(jī)架式服務(wù)器電源市場(chǎng)也遇到了挑戰(zhàn)。
Vicor重新部署AC/DC電源模塊，應(yīng)對(duì)功率密度挑戰(zhàn)
2000年-2010年，機(jī)架式服務(wù)器功率基本上穩(wěn)定在10kW；從2010年開(kāi)始機(jī)架功率往上漲，2015年以后功率迅速上漲；到2020年，一個(gè)機(jī)架功率高達(dá)200kW。“對(duì)于這么大的功率需求，以前一個(gè)200kW可能幾間屋子都放不下，現(xiàn)在要求200kW放在一個(gè)機(jī)架里面，這對(duì)于供電是很大的挑戰(zhàn)。”楊周說(shuō)道。
傳統(tǒng)的電源方案是CRPS電源，其功率密度是在提升的，但是Vicor認(rèn)為這種提升較慢，Vicor希望用更高功率密度的模塊重新擺放機(jī)架上的電源方案。因此，Vicor選擇將電源模塊在機(jī)架里層層平鋪或放到機(jī)架側(cè)面，體積空間占用很小，給算力留下更多空間。
對(duì)于高壓直流電源模塊BCM6135，可將380V的直流輸入轉(zhuǎn)為48V輸出，這也是Vicor分比式電源架構(gòu)的典型應(yīng)用。
對(duì)于交流直流電源模塊PFM9280，僅用92mm×80mm×7.5mm體積（相當(dāng)于一個(gè)iPad大小），實(shí)現(xiàn)5kW功率輸出。
不只數(shù)據(jù)中心
近年來(lái)48V發(fā)展很快，機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、LED等領(lǐng)域都有48V的應(yīng)用，未來(lái)數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常明確，包括軌道交通、ATE等方面。此外，汽車也會(huì)是48V的重要應(yīng)用領(lǐng)域。陳新軍表示：“自動(dòng)駕駛是未來(lái)的大趨勢(shì)，各大廠家都在投入，汽車也是Vicor的一個(gè)核心方向。目前汽車總基線是12V，未來(lái)自動(dòng)駕駛的功耗可能幾千瓦，12V的總基線可能應(yīng)付不了，Vicor主推以48V為核心的架構(gòu)方案。同時(shí)，未來(lái)的汽車對(duì)于解決方案的體積和重量肯定是很在意的，Vicor能提供小而美的解決方案。”
據(jù)陳新軍介紹，Vicor在全球很多高端汽車上已經(jīng)有Vicor的產(chǎn)品，不久會(huì)看到相關(guān)消息公布，重量極輕、效率極高是Vicor產(chǎn)品得以成功應(yīng)用的關(guān)鍵。
今年，節(jié)能降碳成為各企業(yè)競(jìng)相追逐的又一目標(biāo)。Vicor中國(guó)銷售總監(jiān)陳新軍表示：“節(jié)能降碳最核心的還是提升效率，降低成本。我們把密度做大，成本做低，就是實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)。其次，我們將體積、損耗減少，綜合的降碳效果是非常好的。”
Vicor高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師吳際補(bǔ)充道：“在一些實(shí)際應(yīng)用上，Vicor提供了很多高壓直流系統(tǒng)，如北京一些充電站380V轉(zhuǎn)48V。數(shù)據(jù)中心是目前的一個(gè)新應(yīng)用，還有現(xiàn)在小電站太陽(yáng)能板就是48V，也契合我們的應(yīng)用。Vicor這個(gè)產(chǎn)品正好滿足現(xiàn)在低碳的需求。”
