48V電源架構(gòu)可有效降低能源損耗及占地空間，因而成為資料中心電源設(shè)計的趨勢。在Google宣布加入由Facebook主導(dǎo)的開放運算計畫(OCP)，并力推48V電源架構(gòu)后，美信(Maxim)、意法半導(dǎo)體(ST)更旋即進軍該市場，引爆伺服器電源晶片市場新一波大戰(zhàn)。

近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，掀起新一波云端資料中心建置熱潮，并帶動伺服器需求。為提升資料中心能源使用效率，許多電源晶片商已紛紛提出新式解決方案。其中，48V能源架構(gòu)可大幅降低電力損失及節(jié)省成本，因而備受關(guān)注，促使相關(guān)業(yè)者紛紛搶進布局。  

電源晶片商助攻 48V配電架構(gòu)發(fā)展增溫  

資料中心加速邁向48伏特(V)配電架構(gòu)。Google近日宣布加入由Facebook主導(dǎo)的開放運算計畫(OCP)并力推48V配電架構(gòu)，期大幅降低資料中心電力損失、占用空間及冷卻設(shè)備成本；而包括意法半導(dǎo)體(ST)、美信(Maxim)及Vicor等晶片商也隨即發(fā)布支援此架構(gòu)的電源晶片，以協(xié)助打造更節(jié)能和更高功率密度的伺服器設(shè)備。  

Google技術(shù)專案經(jīng)理John Zipfel表示，OCP開放運算社群是使用者和制造商的完整集合，該公司加入OCP后，會透過將包括48V電力配送和新尺寸的新機架規(guī)格貢獻給OCP，來推動資訊科技(IT)基礎(chǔ)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。  

Zipfel透露，隨著伺服器運算設(shè)備的中央處理器(CPU)和繪圖處理器(GPU)效能愈來愈強，其所耗費的電力也與日俱增，因此Google自2009年開始評估傳統(tǒng)12V電力設(shè)計的替代方案，期達到更好的資料中心系統(tǒng)效率和效能。2010年，Google正式著手進行48V機架電力配送開發(fā)，因為該公司發(fā)現(xiàn)此一方案可節(jié)省至少30%的能源效率，且更具成本效益。  

Zipfel指出，Google的48V架構(gòu)至今已大幅演進，并涵蓋48V伺服器至負(fù)載點(Point-of-load, POL)設(shè)計，以及機架層級48V鋰電子不斷電系統(tǒng)(UPS)。過去幾年Google已大規(guī)模設(shè)計并使用48V基礎(chǔ)設(shè)備，對其強固性與可靠性表現(xiàn)甚感滿意。 現(xiàn)今產(chǎn)業(yè)界正戮力解決耗電問題，并應(yīng)付更高功耗的工作負(fù)擔(dān)，例如以GPU執(zhí)行機器學(xué)習(xí)，而藉由與OCP共同合作將48V配電設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化是相當(dāng)正確的方向???????Google相信，這將幫助每家采用這個新世代電源架構(gòu)的業(yè)者，使其達到與Google一樣的功率效率和成本效益。  

搶占48V資料中心商機 電源晶片商攻勢齊發(fā)  

看好48V資料中心配電架構(gòu)的發(fā)展前景，電源晶片商如Vicor、意法半導(dǎo)體及美信(Maxim)等也相繼投入支援新架構(gòu)的解決方案，其中又以Vicor的布局較早。  

憑藉過往在功率轉(zhuǎn)換引擎、控制系統(tǒng)和模組化電源技術(shù)方面的技術(shù)耕耘，Vicor近期宣布推出新一代48V直接至PoL(負(fù)載點)電源元件(圖1)。這些模組允許從48V配電母線同時為低電壓大電流的CPU、GPU、ASIC和DDR記憶體供電，能夠?qū)崿F(xiàn)較佳的功率密度、轉(zhuǎn)換效率及低系統(tǒng)配電損耗。此一新款48V模組也于2016開放計算計畫(Open Compute Project, OCP)高峰會上，被Google選擇為資料中心的標(biāo)準(zhǔn)，以推廣48V伺服器和配電基礎(chǔ)設(shè)施。  

圖1 Vicor新一代48V直接至PoL(負(fù)載點)電源元件被Google選為資料中心推廣標(biāo)準(zhǔn)，

可實現(xiàn)較佳的功率密度、轉(zhuǎn)換效率及低系統(tǒng)配電損耗。

Vicor新推出的48V直接至PoL模組包括Cool-Power PI3751-02升降壓、預(yù)穩(wěn)壓器模組(PRM)和VTM48Kp020x電流倍增器模組(VTM)。PRM可接受來自48V分散式母線的輸入(Vin高達55V)，并產(chǎn)生受控的“分比式(Factorized)”母線電壓供給VTM；VTM輸出電壓為其輸入電壓的1/24，而電流為輸入電流的24倍，傳送給CPU。  

同時，新款48V模組在負(fù)載端最高可以采用48倍的電流倍增，以實現(xiàn)高效率、高密度和寬頻寬，以及獨特的分比式電源屬性。  

另一方面，意法與美信也在Google宣布加入OCP后，旋即發(fā)布相關(guān)晶片方案，搶搭設(shè)計商機。意法半導(dǎo)體推出三款專門用于48V配電架構(gòu)的新電源轉(zhuǎn)換晶片，并已開始量產(chǎn)出貨。新方案采用直接數(shù)位電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，可減少中間轉(zhuǎn)換級，降低資料中心的電力損失。 

意法半導(dǎo)體副總裁暨類比事業(yè)群總經(jīng)理Matteo LoPresti表示，48V架構(gòu)是打造超高效率資料中心的理想選擇，可顯著降低總體擁有成本。該公司已推出獨特的隔離式共振電源轉(zhuǎn)換器解決方案并已全面進入量產(chǎn)，可支援下世代應(yīng)用，并兼顧電源效率、延展性與設(shè)計彈性。  

因應(yīng)快速增長的效能需求，伺服器與處理器已藉由多核心設(shè)計來增強其運算能力，這相對也增加耗電量。新一代電源架構(gòu)目標(biāo)是大幅減少資料中心伺服器的電力浪費，并符合Google宣布的新48V配電架構(gòu)需求。  

為達此一目標(biāo)，意法半導(dǎo)體已開發(fā)出可從48V直接進行數(shù)位電源轉(zhuǎn)換的晶片，可支援所有資料中心電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用。新款晶片系列完全符合英特爾(Intel)VR12.5(Haswell與Broadwell平臺)、VR13(Skylake平臺)與DDR3/4電壓調(diào)節(jié)規(guī)格，以及所有用于資料中心設(shè)計的現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA)和特定應(yīng)用積體電路(ASIC)。  

這三款新晶片搭配意法半導(dǎo)體低電壓StripFET功率MOSFET系列，可確保系統(tǒng)在輸入電壓從36至72V而輸出電壓在0.5與12V下，穩(wěn)健和高效率運作。這樣的設(shè)計規(guī)格可使12V/500W的電源供應(yīng)系統(tǒng)，達到97%以上的電源效率，并能以最小的電路板空間達到高系統(tǒng)頻寬。  

美信則發(fā)表48V負(fù)載點、單級DC-DC調(diào)節(jié)器(圖2)，可讓資料中心的電源使用效率(PUE)向1.00的理想值更近一步。  

圖2 Maxim新款48V負(fù)載點、單級DC-DC調(diào)節(jié)器整合電源和磁性元件，

使資料中心電源使用效率可望往PUE 1.00理想值更近一步。

據(jù)悉，隨著云端服務(wù)功率等級的不斷提升以支援更高性能的處理器和記憶體，資料中心設(shè)備的電源傳輸效率正處于一個轉(zhuǎn)捩點。資料中心運營商迫切希望使PUE接近1.00。PUE等于1.00意味著沒有功率損耗，電能將全部被用于處理資料。  然而，目前常見的兩級電源轉(zhuǎn)換(48V至12V至負(fù)載)架構(gòu)，其效率最高僅為90%左右。  

因此，為使電源使用效率能夠更接近PUE 1.00的理想值，美信該款48V可擴展方案采用整合電源和磁性元件，打破了制約效率、密度，以及瞬態(tài)性能的壁壘，使得系統(tǒng)更靈活，可擴展架構(gòu)以滿足功率、效率和成本的不同需求；同時，該產(chǎn)品的48V單級POL轉(zhuǎn)換(48V至負(fù)載)與12V架構(gòu)相比，避免了中間級轉(zhuǎn)換損耗，機架電源傳輸損耗可降低16倍。