“48V，未來幾年將能夠看到它在云計算、高性能計算以及廣泛的AI市場領(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?！盫icor市場經(jīng)理孟令沖表示。

日前，在OCP大會上，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期間舉辦了一場專業(yè)的媒體見面會，分享了數(shù)據(jù)中心電源配電上的市場趨勢及其48V直流供電系統(tǒng)解決方案。

48V深耕多年

隨著5G、云計算、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)品對電力的需求增加，原有的12V配電架構(gòu)無法滿足需求，需要提高配電電壓，向48V提升成為大勢所趨?！捌鋵?shí)提高配電電壓并不簡單，Vicor在這個領(lǐng)域深耕多年，通過高性能、高密度的模塊化電源解決方案，能夠解決這個問題?！泵狭顩_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)用占到營收的16%左右。同時擁有170多個專利，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)過了市場檢驗(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)?、控制系統(tǒng)、獨(dú)特的組件及封裝四大創(chuàng)新優(yōu)勢，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展趨勢。

針對目前市場的特點(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，對電源設(shè)計的挑戰(zhàn)在未來會持續(xù)存在，并且會越來越具有挑戰(zhàn)性。” Vicor高級工程師楊周指出。

處理器電壓不斷降低，峰值電流迅速增長

隨著對算力的追求，2000年-2021年，CPU、GPU和AI芯片靠電呈現(xiàn)明顯上升的趨勢，而算力的提升則伴隨著電流迅速增長、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，對應(yīng)的靠電電壓大概是0.8。這種趨勢并不可逆，隨著晶圓制程的進(jìn)一步減小，對應(yīng)的單位面積晶體管數(shù)量越來越多，晶體管承受的電壓率越低，這種趨勢還將持續(xù)下去。

而低電壓大電流將會造成巨大的“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，F(xiàn)IR大概也只有20W、30W，相對于幾百瓦的CPU來說可以忽略不計。但是電流上漲到1000A時，F(xiàn)IR的損耗到達(dá)400W，是純粹的PCB損耗，系統(tǒng)的供電效率會降到低于50%。一個系統(tǒng)的效率低于50%，那么這個設(shè)計就已經(jīng)失敗了。

為了解決這個問題，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，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的對面，減小last inch的同時達(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，以AI芯片OAM卡、加速卡、AI邊緣計算的服務(wù)器等為代表的高功率密度應(yīng)用已經(jīng)升級到了48V，但目前傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心里，服務(wù)器上90%還是12V?，F(xiàn)在的48V邊緣計算和傳統(tǒng)的機(jī)房還要混搭，因此12V和48V需要一個中間轉(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，在此過程中外圍線路無需任何改變，并且效率可以高達(dá)98%。據(jù)楊周介紹，NBM2317模塊相對目前市場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)器電源市場也遇到了挑戰(zhàn)。

Vicor重新部署AC/DC電源模塊，應(yīng)對功率密度挑戰(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年開始機(jī)架功率往上漲，2015年以后功率迅速上漲；到2020年，一個機(jī)架功率高達(dá)200kW?！皩τ谶@么大的功率需求，以前一個200kW可能幾間屋子都放不下，現(xiàn)在要求200kW放在一個機(jī)架里面，這對于供電是很大的挑戰(zhàn)。”楊周說道。

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。

對于交流直流電源模塊PFM9280，僅用92mm×80mm×7.5mm體積（相當(dāng)于一個iPad大?。瑢?shí)現(xiàn)5kW功率輸出。

不只數(shù)據(jù)中心

近年來48V發(fā)展很快，機(jī)器人、無人機(jī)、LED等領(lǐng)域都有48V的應(yīng)用，未來數(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，汽車也會是48V的重要應(yīng)用領(lǐng)域。陳新軍表示：“自動駕駛是未來的大趨勢，各大廠家都在投入，汽車也是Vicor的一個核心方向。目前汽車總基線是12V，未來自動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，未來的汽車對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?！?/p>

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)競相追逐的又一目標(biāo)。Vicor中國銷售總監(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?！?/p>

Vicor高級現(xiàn)場應(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)中心是目前的一個新應(yīng)用，還有現(xiàn)在小電站太陽能板就是48V，也契合我們的應(yīng)用。Vicor這個產(chǎn)品正好滿足現(xiàn)在低碳的需求。”