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Vicor对2022年电力电子预测

  • 李佳玲台北

随着处理器电流的增加,热管理将是主要的挑战。Vicor
随着处理器电流的增加,热管理将是主要的挑战。Vicor

预测1:快速处理巨量数据的需求将推动超大规模数据中心的成长

Emergen Research最近发布的一份报告显示,2022年,全球超大规模计算市场将继续在2021年约1,470亿美元的基础上保持猛烈成长,预计到2028年,收入的年复合成长率将达到27.4%。实现成长的重要推动因素有很多,其中包括不断成长的云端运算工作负载、数据中心最佳化、社群媒体平台以及data-as-a-service数据即服务的出现。

在此期间,为了推动收入的持续成长,将功率半导体设计在其超大规模运算平台中的公司将面临以下必须因应的挑战。

参考图片可以看出,随着处理器电流的增加,热管理将是主要的挑战。解决该问题有两种方法:1.增加电源传输电压:即从12V增加至48V。2.将电流倍增器(分压器)放置在接近负载的位置,以缩短电源传输的距离。这些技术可降低I2R损耗,进而可显着降低热管理过载。减少热管理,有助于加强利用可用电源(FLOPS/Watt)。

高效能运算(HPC)主要有三种应用:人工智能和机器学习(AI/ML)、超级电脑运算以及超大规模运算,每种应用都有一系列特定的需求。

AI/ML的目标是透过巨量数据建立有意义的分析模型(即训练),该项工作的完成必须是可预测、可重复和超低延迟的。为了实现这个目标,开发了专用处理器和运算系统,例如Nvidia DGX和Cerebras CS-2系统。之前,这些平台所使用的高效能处理器是采用10nm制程制造,现在它们正在向7nm甚至5nm制程发展。

这类处理器的核心电压范围在0.8V至0.66V之间,并且在稳态电流超过1kA、峰值电流超过2kA时,并正逐渐接近0.34V。

在如此高的电流下,供电在管理I2R损耗的过程中至关重要。而在接近负载的位置提供电流倍增器进行横向供电,有助于降低PDN提升负载电流至500A,垂直供电则可进一步降低PDN将负载电流提升至1kA以上。

对于超大规模云端运算数据中心,影响设计的两个主要因素是总体拥有成本和电源使用效率。在机架中使用48V配电,不仅可缩小机架空间,而且还能使用可扩充的 48V电池备援系统,其可消除大型不断电供应系统。所有这一切都有助于提高机架密度,也就是说可提高运算容量、改善总体拥有成本。

预测 2:数据中心营运商仍会争论选择AC电源还是DC电源

DC直流配电最重要的优势包括可消除大型AC-DC UPS系统以及无需担心运算负载分配的平衡等。但它也有其自己的缺点,比如除了少数高压DC工程储备人才外,没有人能直接接触高压DC电源,以及为数不多能提供高压DC生态系统元件(熔断器和高功率断开器等)的厂商。

现代数据中心最常用的方法是将三相AC电源引入建筑物内,然后将其分成三路单相AC线路,该AC线路由其自己的UPS系统备份。这种架构不仅需要更高的前期基础设施成本,而且还需要确保在三相之间均匀地分配工作负载。除此之外,还需要有有大量的人才储备以及在执行大型数据中心专案方面拥有丰富专业技术的成熟供应商合作夥伴生态系统。

值得注意的是,无论选择AC配电,还是DC配电,最终所有电子负载都是基于低压DC电源工作。因此,与典型12V DC配电相比,使用48V DC配电最佳化「最后一里」应用,将带来降低功耗的巨大优势。此外,将48V直接转换用于大电流PoL(48V-PoL),还可进一步降低功耗,从而将显着简化热管理过载问题。该组合在将大部分可用输入电源用于提供高密度运算,以满足更低总体拥有成本需求的过程中发挥了重要作用。