在過去十年中，隨著技術(shù)進(jìn)步并推動對快節(jié)奏數(shù)據(jù)中心環(huán)境的更大帶寬、低延遲傳輸、計(jì)算、存儲和節(jié)能系統(tǒng)的需求，數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅速。Super Micro Computer 和 Infineon Technologies 近合作通過實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的脫碳來滿足能效要求。超微電腦選擇了英飛凌的高效功率級半導(dǎo)體產(chǎn)品作為合作的一部分。
    數(shù)據(jù)中心行業(yè)見證了連接技術(shù)的興起，這些技術(shù)將改變行業(yè)處理大量數(shù)據(jù)的方式。云采用率、超大規(guī)模投資以及托管和托管服務(wù)供應(yīng)的增長有所增加。數(shù)據(jù)中心服務(wù)提供商還在虛擬化環(huán)境中實(shí)施了數(shù)據(jù)中心互連技術(shù)、分布式云和全網(wǎng)狀交換結(jié)構(gòu)架構(gòu)。
    根據(jù)Gartner 的，到 2025 年，70% 的組織將實(shí)施結(jié)構(gòu)化基礎(chǔ)設(shè)施自動化以提供靈活性和效率。與此同時，近 40% 的新采購的本地計(jì)算和存儲將作為服務(wù)使用。為了滿足對數(shù)據(jù)中心服務(wù)和企業(yè)級邊緣計(jì)算應(yīng)用不斷增長的需求，數(shù)據(jù)中心服務(wù)提供商和設(shè)計(jì)人員需要應(yīng)對多種計(jì)算能力、外形尺寸和功率密度方面的挑戰(zhàn)。
    本文重點(diǎn)介紹 Analog Devices Inc. (ADI) 針對復(fù)雜數(shù)據(jù)中心電源問題提出的設(shè)計(jì)解決方案。在 electronica 2022 的電力電子論壇期間，Vy Nguyen 討論了如何解決數(shù)據(jù)中心和通信應(yīng)用中的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。作者認(rèn)為，CPU、ASIC 和 AI 處理器的功率要求在過去十年中有所增加，同時提供更高的功率密度和散熱能力。該公司通過引入采用耦合電感器技術(shù)和高功率密度負(fù)載點(diǎn) (POL) 的多相架構(gòu)解決了這些問題。讓我們首先了解這些挑戰(zhàn)，然后是電源平臺解決方案。

 

    數(shù)據(jù)中心和通信應(yīng)用中常見的三個電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是：
    電力需求增加。隨著邊緣計(jì)算技術(shù)的采用，企業(yè)數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)展到建立價(jià)值主張和改善客戶服務(wù)體驗(yàn)。所有這些數(shù)據(jù)都需要通過由智能技術(shù)和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)提供支持的邊緣數(shù)據(jù)中心。它們已成為日常數(shù)據(jù)處理生態(tài)系統(tǒng)的支柱。隨著數(shù)據(jù)量持續(xù)快速增長，在空間保持不變的情況下，更快、更高效地處理這些數(shù)據(jù)量需要更多的處理能力，這本身就存在挑戰(zhàn)。
    負(fù)載線變得更緊。為了更快地處理數(shù)據(jù)，板載高性能處理器轉(zhuǎn)向更小的工藝節(jié)點(diǎn)以提高數(shù)據(jù)處理能力，從而推動更低的電壓。因此，電壓容限變得更加嚴(yán)格。
    空間和能源效率是重中之重。如點(diǎn)所述，即使對計(jì)算能力的需求增加，電路板空間保持不變且非常有限，因此尺寸成為一個挑戰(zhàn)。隨著功率密度的增加，散熱成為一個挑戰(zhàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)中用于散熱的空間越來越小。事實(shí)上，數(shù)據(jù)中心是的電力消耗者之一。因此，綠色和可持續(xù)系統(tǒng)對于減少能源使用和碳足跡變得更加重要。這使得能源效率成為一個非常重要的優(yōu)先事項(xiàng)。效率越高，以熱量形式損失的能量就越少。每節(jié)省一瓦特都會在上游產(chǎn)生紋波效應(yīng)，因?yàn)楦咝У碾妷?a target="_blank">電源解決方案會為整個系統(tǒng)節(jié)省更多能量。
    用于數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的 ADI 電源平臺
    解決數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的電源平臺

    

    作者介紹了三種電源平臺解決方案——多相架構(gòu)、耦合電感器技術(shù)和高功率密度 POL——以應(yīng)對上述電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。這些只是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)高能效數(shù)據(jù)中心時可以考慮的幾種解決方案。
    先進(jìn)的多相架構(gòu)。該解決方案解決了電壓的高電流需求及其滿足不同系統(tǒng)要求的靈活性。這包括一個帶遙測的高相數(shù)控制器和高功率密度、高效率的功率級，具有先進(jìn)的功率封裝以提高熱性能。
    耦合電感器技術(shù)：在電源解決方案中采用耦合電感器技術(shù)將提高效率并創(chuàng)建更具可持續(xù)性的解決方案。這是 ADI 的技術(shù)，可提供設(shè)計(jì)靈活性，以權(quán)衡解決方案尺寸和效率，同時降低電流紋波并提高瞬態(tài)性能。
    高功率密度 POL：雖然我們需要支持電壓，但我們還需要處理電流軌，以通過先進(jìn)的 POL 和更高的效率以及在一個開關(guān)選項(xiàng)中完成這些設(shè)計(jì)的電源解決方案更高的頻率以減小解決方案尺寸。
    Maxim Integrated（已被 ADI 收購）擁有多相 AI 電源芯片組，可實(shí)現(xiàn)超過 95% 的效率，以支持 60 A 至 800 A 甚至更高的設(shè)計(jì)。該公司聲稱其 MAX16602 和 MAX20790 芯片組提供一流的瞬態(tài)性能，輸出電容降低 40%。MAX16602 是一款 AI 內(nèi)核雙輸出穩(wěn)壓器，MAX20790 是一款智能功率級 IC，利用耦合電感技術(shù)消除電流紋波。這為各種輸出電流要求提供了可擴(kuò)展的解決方案，并在邊緣實(shí)現(xiàn)了 AI 計(jì)算，在數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算。