迎接1000A核心電源之挑戰

處於現今資訊爆炸的時代，網路傳輸的速度愈來愈快，資料中心(Data center)、 5G、高效能運算(HPC) 、人工智慧(AI)、圖形處理器(GPU)等等的資料處理量與運算能力需求愈來愈高、愈來愈強，也由於半導體晶圓製程精進的緣故，核心晶片(CPU/GPU/ASIC/FPGA，簡稱xPU/ASIC) 之操作工作電壓會愈來愈低 (<1V)，相對的電流也會愈來愈高 (>1000A)。

如圖一所示，從西元2000元核心晶片(xPU/ASIC)所需電流為300A~400Ａ(安培)，緊接著2010年倍增到需求電流到600A以上，導致2020年很快就面臨到1000A甚至1200A以上的電流需求。

• 1000A以上的大電流設計將面臨到的挑戰

1. 整體系統效率(Efficiency)-能源問題
2. 系統板的面積
3. 熱的問題
4. 如果不滿足功率需求，可能會限制核心晶片(xPU/ASIC)的運行性能
5. 雜訊Noise 干擾問題

為了改善以上問題，茂綸所代理的Vicor產品線，提供了輸入電壓為48V的PRM (Pre-Regulator Module)與VTM (Voltage transformation Module)高整合度電源模組，再搭配CTO (Digital Control, Telemetry, Observability)的數位控制器, 直接提供1000A以上電流給核心晶片 (xPU/ASIC)電源 (如圖二所示)。

在市電110~220VAC供電下，因轉壓比的特性，48V可以較容易做到較高的效率, 讓整機的效率可以提高一些，且在系統板上提供相同的輸出功率的條件下，48V比12V所需的輸入電流可以減少到1/4，損耗會減少到1/16，也能大大的減少了系統板電路板PCB的面積。

核心電源的電流愈大會凸顯出PDN(Power Distribution Networks)對整個系統功耗的重要性PDN是種無形的損耗，常常會被忽略掉，當電流愈大時，PDN造成的損耗會愈大。舉例來說300A的電流、300μ歐姆的阻抗，PDN在整個系統上會有27瓦的損耗；如果電流達到1000A，PDN的損耗將會高達300W，這樣的損耗也會讓系統板上增加了熱的問題，因此要提高整機的效率的話，降低PDN將會變成一個很重要的任務，而要降低PDN最簡單的方式就是將供電的電子元件盡可能的去靠近核心晶片 (xPU/ASIC)擺放，但此元件通常會有訊號切換干擾的問題產生，一般來說xPU/ASIC都是比較敏感的，非常的容易受到雜訊干擾，按照傳統作法又會將供電元件與xPU/ASIC保持一定的距離。

Vicor致力於研發高整合度的電源模組，提供極高的電流密度，以減少PCB的面積空間。在核心電源方面可以提供高效率、大電流、小空間、低雜訊干擾、設計彈性高，可以透過PMBUS來做動態的輸出的電壓調整讓核心電源的設計變得比較容易。

1. VICOR, High power converters for all standard industry input voltages, https://www.vicorpower.com/zh-tw/
   
   
2. Maurizio Di Paolo, Next-Gen AI Processors Need 48 V, https://www.eeweb.com/next-gen-ai-processors-need-48-v/