功率密度越來越高 48V電源漸成顯學 智慧應用 影音
Microchip
ST Microsite

功率密度越來越高 48V電源漸成顯學

  • DIGITIMES企劃DIGITIMES企劃

美商懷格應用工程師張育展在「AI加速卡/Switch ASIC電源設計挑戰及解決方案」中指出,為符合高傳輸速度及高功率密度需求,許多應用開始採用48V電源設計。DIGITIMES攝
美商懷格應用工程師張育展在「AI加速卡/Switch ASIC電源設計挑戰及解決方案」中指出,為符合高傳輸速度及高功率密度需求,許多應用開始採用48V電源設計。DIGITIMES攝

因應當前最火紅的AI加速運算,以及5G高速訊號傳輸,電源設計架構能否透過配置的改變,使得處理器效能及總體系統效率有所突破?美商懷格(Vicor)提供的高效率、高效能電源模組,可以有效突破電源設計瓶頸。

段標:處理器電流需求增加,造成設計瓶頸 

隨著AI加速卡及Ethernet Switch ASIC處理器的電流需求增加,工程師所面臨的挑戰也越來越大。約從2000年開始,無論是AI處理器或是ASIC處理器,其電流從約200~300安培,到2020年已增加至800~1,000安培。

大電流所造成的問題包括:印刷電路板(PCB)的傳輸損失(PDN)如何解決?其次,如何冷卻大電流電路?另一個挑戰則是,由於系統設計越趨複雜,需要的元件增多,功率密度要求也是越來越高,這也會造成設計瓶頸。想要解決這些問題,需要高效能、高效率的電源模組方案。

此外,目前常見的仍是12V系統,然而,為了實現更多功能,符合高傳輸速度、高功率密度(power density)需求,並免於受到傳統12V在尺寸、重量與損耗的限制,以及減少前端PCB的銅損及傳輸損失,基於這些考量,近來已有越來越多產業轉向採用48V電源設計。這些產業領域包括通訊與資料中心、汽車、LED照明、工業設備以及電動工具等,皆逐漸朝此趨勢移轉。

段標:PRM+VTM架構,提供高效能電源模組

Vicor深耕電源模組領域逾40年,為電源產業領導者之一,能提供高功率密度、高性能及效能的解決方案。基本上,Vicor電源模組架構由預穩壓器模組(PRM)及電壓轉換器模組(VTM)組成。PRM用來調節輸入電壓,VTM則是將調節過的電壓等比例轉換為所需直流電壓。透過此架構,可實現高轉換效率、低雜訊與快速響應、高功率密度及低配電損耗等特性,符合48V電源的需求。

這種架構的雜訊很低,所以可將此模組放置靠近CPU或GPU,如此可降低PCB上的傳輸損失。相較之下,過去若要將48伏轉換至1伏,主要採用多相式(multiphase)方法,需使用許多元件,距離CPU及GPU較遠,所以PDN損失較多,且雜訊也較大,這會影響系統高速線路的布局及走線,導致設計難度變高,而Vicor架構可將48V直接降壓至1V甚至更低電壓,且提供高電流,大幅簡化設計。

為了協助設計人員快速實現電源設計,Vicor並提供完整的線上設計工具,包含電源系統設計工具、模擬、配置工具及白皮書、影片資源等豐富內容,能夠有效降低設計風險,方便設計人員快速搜尋所需的電源模組,並有效地進行電源系統設計,藉由採用高效電源方案,進一步提升產品的差異化優勢。