如何将数据中心从12V转换为48V

谷歌在OpenPOWER峰会和开放计算项目(OCP)美国峰会上的公告是最近转向48V服务器和基础设施的行业证据。 从传统的12V服务器机架到48V机架的转变预计会使能量损失减少30%以上，但服务器和数据中心的额外挑战还是推动了12V的变化。

传统电源设计

更高的电流和更低的电压CPU要求触发了CPU的多相电源方案的使用。该电源方案旨在管理“能量与尺寸”功率电感器的不足。从他们的首次亮相开始，多阶段设计至少可以为CPU提供至少二十年的动力。随着时间的推移，根据MOSFET和磁性改进的行业趋势，对该电源方案进行了改进。最近，已经实现了先进的功率管理方案，其动态地仅涉及功率所需的功率相位级的数量，否则称为动态相位减小。

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但是，所有这些改进并没有消除能量储存/交付的基本缺陷与磁性元件的尺寸。因此，随着CPU功率需求的增加，为CPU供电所需的功率级阶段的数量增加。峰值电流进一步加剧了增加峰值功率所需的功率级数。

对于较新的服务器设计，不断增长的CPU功率需求只是一个问题。当服务器CPU功率需求不断增长时，电路板上允许的电源空间正在减少。更高的密度和更高的功率也会增加信号完整性问题或电源转换器如何污染CPU的相邻数据线。

为什么48V?

在服务器机架和服务器主板上分配电源会造成损失。这些损耗由电阻损耗计算，包括铜母线，导线和PCB走线。48V与12V的发射功率可在相同的功率传输下降低16倍的功率损耗。任何其他方式都难以实现16倍的节省。但是，从历史上看，48V发射时所需的增益伴随着将48V转换为CPU电压的性能限制。与传统的12V多相设计相比，一个限制是效率。也就是说，从48V(低于12V转换效率)转换时，历史上已经回收了48V分配所带来的效率增益。尺寸也很重要，历史48V电源转换设计消耗的电路板面积远远超过12V设计。

Vicor是如何做到的 - > 48V直接连接到CPU

Vicor凭借其经过验证的称为分解功率的架构接近CPU功率。这种架构放弃了传统的多相电源方案及其所有限制。Vicor方法可通过一组有限的组件实现48V直接CPU功率转换。

图1

图1中的插图突出显示了除48V至12V转换器外所需的等效12V多相解决方案。

效率 - 匹配48V转换为12V

Vicor Factorized Power架构可能看起来像两个转换阶段，但它实际上是一个阶段，分为两个组件，直接向CPU提供48V电压。第一级(PRM)仅使用高性能零电压开关(ZVS)拓扑来处理预调节。第二个组件(VTM)使用正弦幅度转换器(SAC)拓扑处理调节电压到CPU电压的电压转换。通过将转换分为其调节和转换功能(并在每个内部实施创新的开关技术)，48V的转换可以实现传统12v多相的效率。

大小 - 在CPU附近启用单组件电源

高密度服务器主板上的不动产是非常宝贵的，甚至更多地围绕CPU本身，数百甚至数千个I / O被路由到CPU和CPU

图2但CPU的电源需要放在CPU附近。Vicor解决方案只需要将一个元件放置在宝贵的CPU区域内(Buck Boost预调节器可以放置在PCB的边缘而不会受到惩罚)。与传统的12V多相设计相比，这可节省50%或更多的空间。见图2。

下一步是什么?

Vicor 48V直接到CPU解决方案使服务器能够通过克服48V转换的历史限制来充分利用48V的优势。除了突破48V屏障外，Vicor解决方案还提供了优于 传统设计的性能 ，为下一代高功率CPU创造了持续的发展道路。

高密度VTM不仅可以轻松放置在CPU附近，还可以在CPU内使用。将VTM功能放置在CPU封装内可消除在功率转换器和CPU之间提供低电压/高电流的短但临界距离(进一步消除损耗)。其他优势包括简化CPU周围的布局/密度问题，并消除CPU封装所需的大部分电源引脚，从而实现更高的CPU I / O灵活性和容量。

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