现代数据中心的电力输送

现代数据中心的功耗正在飞涨，这是由于数字 ASIC 的使用增加，其持续功率要求可以达到数百瓦。在最近的 ST 开发者大会上，ST 的 Paolo Sandri 讨论了当今数据中心管理员所面临的挑战以及ST 为满足低电压、大电流应用需求而提供的配电架构选项。

数据中心正在发展。不再需要它们来有效地为以 100 瓦运行的基本 CPU 供电。相反，它们必须为越来越多需要更高电流水平才能有效运行的处理器提供高功率密度。其中包括图形处理单元 （GPU）、张量处理单元 （TPU） 和网络 ASIC。使用传统的 12V 配电总线来满足这些不断增长的电源要求已不再有效，并且可以使用新的配电架构来满足这些需求。

改善电力输送的一种有效方法是从传统的 12V 配电母线转向 48V 直流母线。然而，48V DC 总线配电在转换效率、功率密度和总 BOM 优化方面提出了一些挑战。当从 48V 转换为中间总线或直接转换为负载供电 （POL） 到需要高功率密度的应用时，ST 提供了广泛的架构来满足各种需求。

ST 通过 48V 直流输入提供多种供电架构

两步电源转换架构

为中间总线转换提出的架构可以提供两步稳压输出（例如 12V）或通过定义的转换比（例如，如果转换比为 4:1）链接到输入电压的两步非稳压总线V out将是 V in /4）。对于这两种架构，ST 解决方案解决了效率和功率密度方面的挑战，该解决方案可以提供从几百瓦到几千瓦的功率。

对于非稳压转换，ST 提出了一种开关槽转换器 （STC） 中间总线架构。这是一种相对简单的架构，旨在从 40V 至 60V 的输入电压（传统的 4 比 1 转换比）提供 12V 输出。这种架构的优势之一是其高功率密度和 360W 时 98% 的峰值效率。它还使用现成的组件构建，因此 BOM 成本低。对于简单的数据中心应用（例如运行 CPU 和 DDR）来说，不受监管的架构就足够了，但如果您的平台包含某些敏感应用程序、PCI Express 连接器或硬盘驱动器，则您将需要受监管的转换。

对于稳压转换，ST 建议采用堆叠降压 （STB） 中间总线架构。这种架构的最佳点是输入电压范围为 36 至 60 伏，输出为 12 伏，热设计功率为 800 瓦。如上所述，这种架构的主要好处是它的高效率（在 54 伏电压下，它实现了超过 96% 的效率，功率输出为 721 瓦）和类似的低现成组件成本。此外，这种堆叠式降压架构具有可扩展性，可以连接多达 4 个电池以提供 3.2 千瓦的功率。由于它提供稳定的电流，因此建议将这种架构用于包括敏感阵列（如张量处理单元或 PCI Express 设备）的数据中心环境。

直接单步转换架构

48V DC 总线的另一个转换选项是直接转换为 POL，该架构旨在直接向核心通常需要数百瓦的数字 ASIC 供电。直接转换功率传输除了需要高效率和功率密度优化外，还需要解决其他一些关键挑战，例如需要吸收电流以符合进气要求。

从 48V 到 POL 的直接转换是一种有趣的架构，因为它为超高密度模块的实施者打开了大门。该架构在一次转换中将 40V 至 60V 输入范围直接转换为 1.8V GPU 或 TPU 或其他高功率密度应用，实现每平方英寸 100 瓦的功率密度和超过 93% 的峰值和平坦效率。该设计结合了一个准谐振控制器和一个变压器，并且在组件采购方面需要一种比上述使用现成组件的两步转换架构更量身定制的方法。

为了解决设计这些直接转换架构的复杂性，ST 与Power Stamp Alliance的其他电子制造商一起为 48V 直接转换 DC-DC 模块（又名“power stamps”）定义标准产品尺寸和引脚设计。建立联盟并公布足迹为单级电源转换单元创建了一个多供应商生态系统，适用于 48V到低电压、高电流应用。

这些架构中的每一个都根据您的数据处理环境的要求提供不同的好处。ST 期待与您合作，根据您的特定数据中心设计优先级提供优化的电源架构。

审核编辑：郭婷