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人工智能和云計算等技術的發展給電源模塊發展帶來新動力

電子工程師 ? 來源:電子工程世界 ? 作者:電子工程世界 ? 2021-06-12 12:58 ? 次閱讀

隨著大數據、人工智能云計算等技術的發展,處理器呈現出與以往完全不同的發展方向。包括CPUGPUFPGA以及各類AI處理器正在以前所未有的速度提升,性能的極大提升,功耗也隨之大幅提升,再加上服務器中留給電源等功能的空間越來越小,而開發周期越來越嚴苛,這都給電源管理帶來了新的技術挑戰。

“Agility (迅捷),Efficient (高效率),Integration (集成化), Scalable (可拓展)是云計算電源的最主要需求。”MPS大電流模塊產品經理楊恒表示。

楊恒結合MPS的產品,具體解釋了針對四大需求,電源管理廠商需要做到的創新。

楊恒首先表示,電源的研發周期需要不斷縮短,尤其是針對加速卡而言,市場窗口很快就會關閉。當客戶拿到芯片后,再開始通過分立方案,從選型和采購開始,包括環路補償,設計布局,布板布線甚至反復驗證,需要花費數周時間。而采用電源模塊解決方案,可在兩周內完成選型、采購及原理圖設計,1至3周完成制版和組裝,極大縮短了開發周期,使客戶可以更專注于差異化的加速卡設計。

電源模塊與傳統分立器件開發周期對比

隨著大規模芯片的內核種類越來越多,核心電壓也不完全相同,因此需要各種各樣的電壓軌和輸入電流。其次,對于不同應用場景,負載率不同,功耗要求也不同。第三,為了實現更高能效比,主芯片往往會根據負載及應用進行自動功耗調節,因此也需要更高的動態范圍。

楊恒舉例道,比如針對某款FPGA,輸入電壓是0.72V,滿載電流180A。負載 0A-100A跳變時需要di/dt達到100A/μs的速度,同時峰峰值要求不大于±3%的波動。

MPM3695-100 大電流可擴展模塊可滿足高響應、大電流的電源需求。采用MPS 獨特的 COT(constant-on-time)以及 MCOT(multi-phase constant-on-time) 控制方法,在動態的時候可以針對時鐘的頻率進行調節,極大地增加動態響應性能,并大幅減少輸出電容的數量。

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如圖所示,通過MPS實測,從32A到128A的跳變,兩個3695-100模塊并聯,保證了輸出電壓不出現過大的漂移,同時動態響應也足夠快。3695-100最多支持8顆并聯,實現可伸縮性,客戶可以根據自身需求靈活配置電源模塊。

同時,電源模塊相比較傳統分立系統來說,極大地降低了復雜度,包括補償電路,MOS等。通過高集成度,實現了更高的電源密度,減少了PCB的布板面積,非常適合于對面積要求極其苛刻的服務器或PCIe卡等場合。

針對更高的靈活性而言,業界首款四路電源模塊 MPM82504 完美地詮釋了這一優勢,如圖 2 所示,該產品為四路25A 電源模塊,同時可實現并聯兩路,三路,四路,也可以多個 MPM82504 模塊并聯,實現更靈活的輸出組合。其他特性與MPM3695-100類似,支持4V-16V 輸入; 0.5V-3.3V 輸出。

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相比MPM3695-100而言,顆粒度更細,因此可以滿足加速芯片的細顆粒度的電源需求。

同時,MPS還推出了雙路12A+雙路5A的電源MPM81204,支持3V 至 16V 輸入電壓,可以支持在12A通道上的0.6V 至 3.3V 輸出電壓,以及兩路5A的輸出通道上的0.6V 至 5V 輸出電壓。

而4路5A MPM54504,支持3.3V至16V 輸入電壓,0.6V 至 5V 輸出電壓,持續輸出電流是 5A,峰值可以最大到6A。

MPM3690雙路13A電源模塊都包含AB兩個版本,A版本是雙路獨立,B版本是雙路并聯,可支持更高的電流。

以上產品都針對各路輸出提供不同的時序引腳,可以方便實現時序控制。

除此之外,楊恒強調MPS在單晶圓生產制造及封裝過程中,采用了眾多自有知識產權技術的工藝,從而實現了更高的能效比和更好的散熱性能。

模塊化電源由于其更好的功率密度,更簡化的設計,更小的尺寸,正在迅速成為市場的熱點。目前MPS除了高功率MPM系列電源模塊之外,還提供mEZ開放式架構的電源模塊,針對小批量,功率密度相對較小需求的客戶提供的定制化產品,也可以滿足客戶對于靈活性,設計便捷的要求。

如今,MPS的電源模塊已經被各類云芯片廠商所認可,并成功打入多款產品的參考設計中。相信未來云計算市場的繼續發展,MPS將可以更好地通過高功率密度,高靈活性的產品組合,滿足客戶的需求。

編輯:jq

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