DC/DC轉(zhuǎn)換器如何應(yīng)對(duì)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的挑戰(zhàn)

受云端存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理需求持續(xù)增長的推動(dòng)，數(shù)據(jù)中心正以前所未有的速度擴(kuò)張。當(dāng)前全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，即規(guī)模最大的那些數(shù)據(jù)中心，總?cè)萘吭谶^去四年內(nèi)翻了一番，并仍在不斷增長。

數(shù)據(jù)中心容量的不斷擴(kuò)大也帶來了對(duì)電力供應(yīng)日益增長的需求。各類組件必須獲得可靠供電，而能效依舊是首要考量。同時(shí)，市場(chǎng)越來越需求更緊湊的系統(tǒng)，它們不僅要有更高的功率密度，還需要配合液冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更少的散熱，從而降低熱管理成本。

向 48V 供電架構(gòu)的轉(zhuǎn)變

為應(yīng)對(duì)這些需求，當(dāng)今業(yè)內(nèi)一大趨勢(shì)是從傳統(tǒng)的12V直流配電架構(gòu)轉(zhuǎn)向使用48V。將電壓提高四倍的同時(shí)，可使所需電流降低四倍。由于導(dǎo)通損耗與電流的平方成正比，這種變化可使導(dǎo)通損耗降低16倍，從而提升效率并減少熱量產(chǎn)生，同時(shí)也可使用更小線徑的母線。

與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心內(nèi)仍然有大量系統(tǒng)和組件需要穩(wěn)定的12V電壓供應(yīng)，即使輸入電壓波動(dòng)，輸出電壓也必須保持穩(wěn)定。例如，PCIe卡、部分內(nèi)存、硬盤或固態(tài)硬盤（SSD）存儲(chǔ)設(shè)備以及冷卻風(fēng)扇都依賴于穩(wěn)定12V電源。

在實(shí)際運(yùn)行中，數(shù)據(jù)中心的輸入電壓往往會(huì)有所波動(dòng)，而且并非所有電源架構(gòu)都能應(yīng)對(duì)此類變化。這點(diǎn)已在開放計(jì)算項(xiàng)目（OCP）使用多變且?guī)в性肼暤妮斎腚妷旱那皇覝y(cè)試中得到證明。

此外，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心需要具有模塊化、可擴(kuò)展性的電源系統(tǒng)，以便在用戶移動(dòng)機(jī)架設(shè)備或新增計(jì)算/存儲(chǔ)負(fù)載時(shí)，能迅速部署并滿足供電需求。

滿足高功率密度需求的高效電源模塊

對(duì)于電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)師而言，關(guān)鍵在于尋找能夠從48V輸入轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定12V輸出的解決方案，同時(shí)要求高效率和緊湊尺寸，以適應(yīng)數(shù)據(jù)中心中空間緊張的機(jī)架布局。

為滿足這些需求，F(xiàn)lex Power Modules推出了 BMR35x系列1/4磚數(shù)字電源模塊。這是公司推出的第九代數(shù)字1/4磚產(chǎn)品，憑借多年經(jīng)驗(yàn)，為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景提供了一款高效、優(yōu)化的產(chǎn)品。該系列采用創(chuàng)新的變壓器耦合非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可減少組件數(shù)量及電流應(yīng)力。

BMR35x系列同樣非常適用于多種電信應(yīng)用場(chǎng)景，這類場(chǎng)景對(duì)輸入電壓瞬態(tài)抑制要求極高。BMR35x能輕松應(yīng)對(duì)電信與數(shù)據(jù)中心中的高噪聲環(huán)境與輸入電壓波動(dòng)。

該系列共有三款不同功率等級(jí)的產(chǎn)品：BMR350，連續(xù)輸出功率1300W，并能在一定時(shí)間內(nèi)維持峰值功率1700W；BMR351，連續(xù)輸出功率1600W，峰值功率2320W；最后是BMR352，連續(xù)輸出功率高達(dá)2000W，峰值功率高達(dá)3000W。

支持高峰值功率對(duì)應(yīng)對(duì)負(fù)載突變場(chǎng)景至關(guān)重要，尤其是當(dāng)計(jì)算需求激增的時(shí)候。例如，處理器的Turbo模式或系統(tǒng)啟動(dòng)過程中可能短時(shí)產(chǎn)生遠(yuǎn)超穩(wěn)態(tài)額定功率的電流沖擊。該系列模塊專為可靠吸收此類電流峰值而設(shè)計(jì)，同時(shí)在發(fā)生受控關(guān)機(jī)時(shí)可記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)有效恢復(fù)。

此外，主動(dòng)均流（ACS）技術(shù)使得該系列支持多模塊并聯(lián)使用，以實(shí)現(xiàn)更高的總輸出功率，并為可擴(kuò)展電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更大的靈活性。電壓下垂法均流（DLS）則確保模塊間負(fù)載分布均勻，避免局部過熱，提升系統(tǒng)整體可靠性。

該系列產(chǎn)品整體都具有高效率，其中BMR352在半載條件下的最高效率可達(dá)97.9%。所有模塊的輸入電壓范圍均為40V到60V。

該系列模塊支持PMBus接口，便于用戶進(jìn)行數(shù)字化配置、監(jiān)控和控制，且由Flex Power Designer工具提供支持。模塊還內(nèi)建事件記錄器（Event Data Recorder），在故障、關(guān)機(jī)或重大失效發(fā)生時(shí)自動(dòng)將關(guān)鍵信息保存在非易失性存儲(chǔ)器中，以協(xié)助故障診斷和失效分析。

為提升熱管理性能，三款BMR35x系列產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中將高發(fā)熱元件的熱傳導(dǎo)路徑優(yōu)化至頂部基板，實(shí)現(xiàn)直接導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。配合先進(jìn)的散熱方案及領(lǐng)先的轉(zhuǎn)換效率，BMR35x系列能夠在有限體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)極高的功率輸出。

結(jié)語

為了滿足對(duì)云存儲(chǔ)和算力持續(xù)不斷的需求，數(shù)據(jù)中心正以更快的處理器和更高性能的組件持續(xù)擴(kuò)張，帶來對(duì)電力系統(tǒng)的極高要求。它們需要能將48V高效轉(zhuǎn)換為12V的電源模塊，在確保高功率密度的同時(shí)最大限度地減少散熱。

為滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)可靠電源解決方案的持續(xù)需求，F(xiàn)lex Power Modules推出了BMR35x系列DC/DC轉(zhuǎn)換器。該系列不僅具備出色的能效，還以1/4磚模塊提供了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的峰值功率能力。這些解決方案彰顯了公司在從電網(wǎng)到芯片的智能化、可持續(xù)的電力傳輸方面所提供的支持。