天蝎标准除了对整机柜服务器交付的模式,以及计算、存储等模块的设计提出具体要求以外,对服务器的供电、散热也越来越重视。近几年,随着人工智能、机器学习、大数据挖掘等高性能计算应用的快速增长,数据中心的设备密度逐步增加,传统的供电方式捉襟见肘。举例来说,服务器主板上不仅有CPU,还有GPU,而传统的12V供电解决方案已经显得力不从心。从48V直接为XPU(CPU/GPU/ASIC)供电的方式逐渐开始流行。


48V直接到负载点的电源组件解决方案与传统的48V转12V再转1V的两阶层转换设计相比,总功率容量增加 4倍,电容体积缩减到四分之一,更重要的是,传输功率损耗大大降低。


在大型数据中心里,XPU的工作电流已上升至数百安培,虽然毗邻XPU放置的大电流负载点电源架构可降低主板内的配电损耗,却无法彻底解决XPU和主板之间的互联难题。随着XPU电流的不断增加,解决负载点与XPU之间“最后一英寸”(包括主板PCB以及XPU插座内的互联)的问题已经迫在眉睫。

数据中心配电系统架构图 数据中心供电架构_ico

48V电源解决方案并不是今天才有的,在数据中心之外的一些领域,比如给大屏供电,已经有不少成功的应用。Vicor公司在此领域已经有超过10年的积累和经验。令人感到兴奋的是,在北京举行的开放数据中心峰会(ODCC)上,Vicor面向数据中心领域推出了适用于高性能、大电流XPU的合封的模块化电流倍增器。所谓合封,就是将XPU与供电模块整合在一起,而不是像原来那样各自分立。合封电源方案不仅可以减少XPU插座的引脚数,还能减少从主板向XPU供电的损耗,进一步增大电流供给,让XPU展现其最高性能。


Vicor是48V供电方案市场的领导者,其电流倍增器已经被大规模用于从48V直接为XPU供电的主板中。最新的合封模块化电流倍增器(MCM)与XPU内核都被封装在 XPU基板中,其转换效率、功率密度和电源带宽的优势得到完全释放。模块化电流驱动器 (MCD)置于主板上,具有高带宽、低噪声,不仅可驱动MCM实现电流倍增,还可以为XPU提供精准电压调节。Vicor已推出的合封解决方案包含两个MCM和一个MCD,可为XPU提供高达320A 的稳态电流,峰值电流高达640A。


MCM被合封在XPU的基板上,XPU所需的电流由MCM直接提供,而不需要通过XPU的插座引脚。由于MCD驱动与MCM之间的电流很小,XPU基板90%的电源引脚都可用作其他用途,从而提高系统的性能。另外,由于MCD和MCM之间的电流极大减少,它们之间连接的损耗将减少为原来的十分之一。


48V供电方案已率先被一些互联网巨头所采用。比如,谷歌就在其数据中心服务器机架上使用了48V电源。Vicor的一个ODM合作伙伴纬颖科技的动作也很快,在今年3月举行的OCP美国峰会上展示了其48V服务器平台M1。它采用Vicor 48V直接到负载点的电源解决方案,完全可以满足新兴CPU不断增加的耗电需求。在方案展出后的几个月,已经有一个大客户在与纬颖科技商谈合作。基于48V直接为XPU供电的方案,Vicor与IBM、谷歌,以及美国、日本的高性能计算厂商保持着密切合作,中国厂商浪潮也是Vicor的合作伙伴之一。

数据中心配电系统架构图 数据中心供电架构_数据中心_02

Vicor的48V供电方案已经发展到第四代,不过合封的产品还是第一次推出。越来越多的数据中心客户对48V供电方案表现出浓厚的兴趣,只不过以前苦于没有成熟的解决方案。Vicor最新推出的MCM3208S59Z01A6C00 模块化电流倍增器和 MCD3509S60E59D0C01模块化电流驱动器,给客户提供了更加方便和高性价比的选择。


随着5G的出现,通信设备芯片、路由器芯片等也需要大电流的支持,这也是48V供电方案的用武之地。另外,人工智能(AI)在中国发展迅速,它对服务器的计算能力、功率也提出了更高的要求,如果不采用像48V这样新的供电方案,整个服务器机架的功率需求将无法满足。Vicor相信,未来合封的48V供电方案会越来越流行。


据悉,在符合天蝎2.5版本标准的服务器机架中,专门预留了一个放置48V电池的区域,不过整个机架的供电还是采用12V的母线,因此要解决48V到12V的转换问题。Vicor认为,48V供电方案未来很有可能成为天蝎标准的一部分。


数据中心供电将迎来48V时代,你准备好了吗?