解決AI時代服務(wù)器機架散熱難題 Vicor推出48V三相超薄平板電源

10月16日，“2018開放數(shù)據(jù)中心峰會”在北京國際會議中心隆重開幕。和往年一樣，會場大咖云集，包括百度、騰訊、阿里巴巴、中國移動和英特爾等來自各領(lǐng)域的5,000余位代表出席了大會。已經(jīng)來臨的AI時代對數(shù)據(jù)中心的新需求毫無懸念的成為了本次大會最熱門的話題。

Vicor副總裁Robert Gendron在峰會上發(fā)表了題為《電源技術(shù)在云數(shù)據(jù)中心的發(fā)展與演進》的精彩演講，介紹了AI在云計算領(lǐng)域的發(fā)展和對供電的需求。Robert Gendron表示：“AI的能耗需求正在改變傳統(tǒng)的電力輸送方式，同時也引發(fā)了對傳統(tǒng)的服務(wù)器機架和服務(wù)器板級設(shè)計的重新思考。更高的功率等級帶來了更高的電壓分布和更高的功率密度。集成度更高、采用扁平化的設(shè)計解決方案更能滿足AI對功率轉(zhuǎn)化的需求。”

圖：Vicor副總裁Robert Gendron在ODCC峰會上發(fā)表主題演講

CPU、GPU和越來越普及的FPGA器件的功耗是數(shù)據(jù)中心整體功耗的主要組成部分。在人工智能、云計算、機器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的推動下，處理電源的需求不斷增長，因此數(shù)據(jù)中心的功耗和熱生成量也在不斷增加。據(jù)預(yù)測，2025年，服務(wù)器機架的功耗水平將達到250KW。

圖：服務(wù)器機架功率水平將大幅上升

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)將電源分配到服務(wù)器機架，然后通過處理器穩(wěn)壓器 (VR) 為處理器提供功率。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和電源管理方案的不斷發(fā)展，VR性能得到了持續(xù)提升。這些VR性能的提升為一代又一代CPU及其不斷增長的功率需求提供了支持。Vicor的解決方案不僅可實現(xiàn) 48V 配電架構(gòu)，同時還能實現(xiàn)最高密度及最高效率的電源設(shè)計，這對目前已應(yīng)用于端計算和云計算的高級AI處理器至關(guān)重要。大會主持人騰訊IDC技術(shù)中心總監(jiān)朱華，聽了Vicor的演講后表示，有了Vicor的48V 供電方案，解決了數(shù)據(jù)中心的功率密度進一步提升的燃眉之急。

作為最早支持48V架構(gòu)的電源廠商之一，Vicor提供完整的隔離式與非隔離式 48 V 電源組件產(chǎn)品線，與傳統(tǒng)的12V機架系統(tǒng)相比功耗損失降低 30%。此次峰會，Vicor展示的外觀像iPad一樣纖薄的新產(chǎn)品吸引了大家駐足圍觀。Robert Gendron和Vicor產(chǎn)品市場總監(jiān)Ian Mazsa、亞太區(qū)市場營銷副總裁Eric Wong、中國區(qū)商務(wù)拓展經(jīng)理Justin Chen等多位技術(shù)專家向21IC記者介紹了這款新產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢。這款9.4 X 5.9 X 0.6英寸超薄設(shè)計的AC-DC 轉(zhuǎn)換器模塊(RFM)PowerTablet可提供10kW的穩(wěn)壓48VDC。RFM可通過配置，支持全球范圍200~480VAC的三相AC電源，其功率密度達到組件層面300W/in3，是傳統(tǒng)3相位ACDC解決方案的4倍。

圖：Vicor展出了10kW AC-DC 轉(zhuǎn)換器模塊PowerTablet和浸入式散熱系統(tǒng)解決方案

這種獨特的封裝設(shè)計實現(xiàn)了前所未有的空間利用率及熱管理靈活性。RFM的一大亮點是支持浸入式散熱系統(tǒng)。Google數(shù)據(jù)中心副總裁Joe Kava曾表示，前兩代谷歌張量處理單元能夠用傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)應(yīng)付，而第三代則不同。傳統(tǒng)AC電源通常只適合風(fēng)冷系統(tǒng)，表面輪廓不規(guī)則，熱量分布不均勻。RFM 經(jīng)過精心設(shè)計，可輕松集成在高級散熱系統(tǒng)中，包括液冷(冷卻板安裝)和液浸散熱系統(tǒng)。據(jù)了解，Vicor此次展出的PowerTablet浸入式散熱系統(tǒng)解決方案采用了3M公司的介電絕緣液，功率密度可以進一步提高。

圖：RFM 提供一個理想的機械接口，可通過片狀外形散熱，提供表面積與體積的高比

如下圖所示，并行工作的四個RFM可在僅1U的機架空間內(nèi)提供40KW的功率。RFM 可也分布在整個機架體中，能夠在機械和散熱解決方案中實現(xiàn)更高的自由度，充分滿足要求嚴苛的高性能計算以及人工智能推斷與學(xué)習(xí)應(yīng)用的需求。

圖：無論AI機架還是分布式機架的，RFM的空間利用率更高

除此之外，RFM針對冗余工作整合濾波與內(nèi)建故障保護功能，可提供一組功率因數(shù)校正的穩(wěn)壓、隔離式 DC 輸出。通過與 Vicor 48V 合封電源 (PoP) 及 48V 直接至負載點解決方案相結(jié)合，RFM 能夠?qū)崿F(xiàn)從三相 AC 到負載點上 1V 以下 AI 處理器的各種高密度、高效率的端到端電源系統(tǒng)解決方案，有效的解決了最后一英寸的問題。

為了大幅降低數(shù)據(jù)中心電力損失、占用空間及冷卻設(shè)備成本，Google早在2009年就開始評估傳統(tǒng)12V供電的替代方案，并在2010年正式著手進行48V機架電力配送開發(fā)。過去幾年，包括Google在內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)巨頭已大規(guī)模設(shè)計并使用48V基礎(chǔ)設(shè)備，包括48V伺服器至負載點設(shè)計，及機架層級48V鋰電子不斷電系統(tǒng)。此次峰會的主題演講中，百度系統(tǒng)部執(zhí)行總監(jiān)侯震宇表示：在高功率的供電和冷卻上，百度已經(jīng)引入了48V供電的技術(shù)以及液冷技術(shù)。Vicor全新的支持浸入式散熱系統(tǒng)的10kW 48V PowerTablet正滿足了數(shù)據(jù)中心的最新需求。

作為電源廠商，如何應(yīng)對未來 AI帶來的功率密度挑戰(zhàn)呢?Robert Gendron表示，AI時代，我們面臨的最大問題將是設(shè)計周期的進一步縮短。我們唯有從架構(gòu)、技術(shù)、封裝多維度的持續(xù)創(chuàng)新，才能讓電源方案跑贏處理功耗水平的提升。

回想幾天前，擁有150余項美國發(fā)明專利的Vicor首席執(zhí)行官 Patrizio Vinciarelli 憑借“在為分布式電源系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)高效、高功率密度的電源轉(zhuǎn)換組件過程中所表現(xiàn)出的極具遠見卓識的領(lǐng)導(dǎo)才能”獲得 2019 年 IEEE William E. Newell 電力電子大獎。創(chuàng)新可謂是Vicor產(chǎn)品的DNA。期待更多創(chuàng)新電源方案，讓AI時代服務(wù)器機架散熱不再有后顧之憂。

為了滿足業(yè)務(wù)快速增長，Vicor于2018年第四季度開始進行產(chǎn)能擴張。據(jù)悉，擴大產(chǎn)能將從第四季度的增加生產(chǎn)設(shè)備開始，在Vicor總部安多佛現(xiàn)有22,000平方米的工廠內(nèi)部署新設(shè)備，將其產(chǎn)能增加至大約5億美元的年收入。下一個擴大產(chǎn)能項目，將在現(xiàn)有工廠大約8400平方米的延伸區(qū)域內(nèi)部署新生產(chǎn)線，預(yù)計2020年第一季度開始動工建造。 同時，為了順應(yīng)市場發(fā)展，以及更加快速地響應(yīng)客戶的需求，Vicor正計劃在亞洲設(shè)立工廠，很大可能性與現(xiàn)有合作伙伴共同合作進行。