48V データセンター

48Vデータセンターソリューション

概要

現在のデータセンターは、サーバー、ストレージ、ネットワークラックに電力を供給するために、ラックあたり平均3kWから5kWを使用しています。 ほとんどは、基本的なCPUに電力を供給して高レベルの効率で動作するように設計されています。 したがって、従来の12V電源アーキテクチャは広く受け入れられ、実装されています。 

クラウドコンピューティング、AIアプリケーション、およびハイパワープロセッサーとアクセラレーターの需要が高まるにつれて、データセンターは新しいハイパワー要件に対応するために進化しています。 たとえば、初期のAI市場のスーパーコンピューターでは、電力システム全体に3200Wが必要でした。 第2世代の電力需要は3倍に増加し、電力システム全体で10kWになりました。 大電流の分配で失われる電力は電流の2乗(I2R)だけ増加するため、分配損失を制御するには、バックプレーンまたはワイヤーハーネスでより多くの銅を使用する必要があります。 最終的に、これはシステムの電力供給を制限します。

業界の新しい電力要件を満たすために、MPSは新しい設計上の課題に対処する48Vデータセンターソリューションを提供することに加えて、配電損失を16分の1に減少ができる48V配電電圧を使用する新しい電力アーキテクチャを開発しました。

図1: 伝統的な12V 配電

MPS 48V パワー構造

48V パワー構造: MPSの新しい48Vから4.8Vのシステム

図248Vパワー構造ーMPSの4Vから6Vのシステム

  • システム全体の効率が大幅に最適化されます
  • 第1ステージソリューション:MPSLLCパワーモジュール
    • 10:1の入力対出力比
    • さまざまな電力レベルで利用可能
    • 並列運転
  • 第2ステージソリューション:デジタル多相コントローラー+低電圧 Intelli-PhaseTM
    • 低電圧Intelli-PhaseTMのプロダクトは、特許技術を使用して、効率、電力密度及び全体的なパフォーマンスなどを向上させると同時に電力供給ネットワーク(PDN)からの損失を削減します。
    • 低電圧 Intelli-PhaseTM のデバイスは、MPS独自のフットプリントを提供し、ソリューション全体のサイズを縮小するのに役立ちます。

Intelli-PhaseTM は、MPSの最先端のパワーステージです。  MPSの「DrMOS」は、モノリシックプロセスを使用してパフォーマンスを大幅に向上させ、電流検出、温度検出、障害報告などの高度な機能を組み込んでいます。

MPS 48V パワー構造:12Vレガシーシステムを再利用

図3: 48V パワー構造 – MPS 10V から 5Vシステム

  • 既存の12Vシステムを再利用できるため、48Vへの移行も最も簡単な方法
  • 第1ステージソリューション:MPS LLCパワーモジュール、4:1の入力対出力比または4:1のSTCトポロジ
  • 第2ステージソリューション:デジタル多位相コントローラー+ Intelli-PhaseTM
    • MPSポートフォリオの一部として、 Intelli-PhaseTM ファミリは最大90Aの連続電流レーティングを提供します。.
    • Intelli-PhaseTM デバイスは、共通フットプリントまたはMPS独自のフットプリントMPS48V電源構造で提供されます。

48Vから12Vへの変換のトポロジー

48Vから12Vへの変換で一般的に見られる2つのトポロジは、LLCとSTCです。  LLC(インダクタ-インダクタ-コンデンサ)は、2つのインダクタと1つのコンデンサで構成される共振トポロジです。 これにより、メインスイッチのゼロ電流スイッチングが可能になり、スイッチング損失が大幅に低下し、効率が向上します。  LLC共振コンバーターの例については、以下を参照してください。

STC(スイッチドタンクコンデンサ)は、主にコンデンサのネットワークを使用して48V入力から12V出力に降圧する別の共振トポロジです。 以下のSTCコンバーターの例を参照してください。

図 4: LLCコンバーター

図 5: STC コンバーター

LLCとSTCの比較
LLCSTC
あらゆる電流/電力アプリケーションに適しています 500W未満のアプリケーションに適しています

全体のパフォーマンス:

- 高電力密度

低PDN損失

- 10:1の電力を使用する場合の効率r

全体のパフォーマンス:

- より低い電力密度

- より高いPDN損失

- 4:1のLLCと比較できるする効率

スケーラブルで、交換可能 よく理解されているトポロジー
ソリューション全体のサイズが小さい 全体的なソリューションサイズが大きい
LLC and STC Comparison
LLC
Good for any current/power application

Overall performance:

- High power density

- Low PDN loss

- Efficiency when using a 10:1 power

Scalable and interchangeable
Smaller overall solution size
STC
Good for applications below 500W

Overall performance:

- Lower power density

- Higher PDN  loss

- Comparable efficiency to a 4:1 LLC

Well-understood topology
Larger overall solution size

第1ステージソリューション:パワーモジュール

MPC1100-54-高効率、非絶縁、固定比デジタルDC / DC300Wパワーモジュール

MPC1100-54は、最大300Wの連続電力を備えたオープンフレームデジタルDC / DC電源モジュールです。 このモジュールは最大60Vの入力を受け入れ、10:1の入力対出力比で構成されます。システムをすばやく起動し、システム要件に迅速に適応するように簡単に構成できる「 マルチタイムプログラマビリティ(MTP)」を備えたデジタルコントローラを提供します。

図 6: MPC1100-54-xxxx

MPC1102-54-高効率、非絶縁、固定比デジタルDC / DC500Wパワーモジュール

MPC1102-54は、最大500Wの連続電力を備えたオープンフレームデジタルDC / DC電源モジュールです。このモジュールは、最大60Vの入力を受け入れ、10:1の入力対出力比で構成されます。 システムをすばやく起動し、システム要件に迅速に適応するように簡単に構成できる「 マルチタイムプログラマビリティ(MTP)」を備えたデジタルコントローラを提供します。

図 7: MPC1102-54-xxxx

MPC11057-54-0750-高効率、非絶縁、固定比デジタルDC / DC750Wパワーモジュール

MPC11057-54-0750は、最大750Wの連続電力を備えたオープンフレームのデジタルDC / DC電源モジュールです。 このモジュールは最大60Vの入力を受け入れ、10:1の入力対出力比で構成されます。 システムをすばやく起動し、システム要件に迅速に適応するように簡単に構成できる「 マルチタイムプログラマビリティ(MTP)」を備えたデジタルコントローラを提供します。

図 8: MPC11057-54-0750-xxxx

MPC12106-54-0750-高効率、非絶縁、固定比デジタルDC / DC750Wパワーモジュール

MPC12106-54-0750は、最大750Wの連続電力を備えたオープンフレームのデジタルDC / DC電源モジュールです。 このモジュールは最大60Vの入力を受け入れ、4:1の入力対出力比で構成されます。  システムをすばやく起動し、システム要件に迅速に適応するように簡単に構成できる「 マルチタイムプログラマビリティ(MTP)」を備えたデジタルコントローラを提供します。


第2ステージソリューション:デジタルマルチフェーズコントローラー+ Intelli-PhaseTM 

MPSには、デジタルマルチフェーズコントローラーおよびIntelli-PhaseTMソリューション向けの堅牢な製品ポートフォリオがあります。 詳細については、 サーバー&テレコム.にアクセスしてください。

図 9: 第2ステージデジタル多相コントローラー+ Intelli-PhaseTMブロック図

  • デジタルマルチフェーズコントローラーの機能:
    • 特許取得済みの複数のループ、フレキシブルな位相割り当て
    • 複数のループ、フレキシブルな位相割り当て
    • インターフェイスオプション:SVIC、SVI2 / 3、OVRまたはAVSBusとPMBus
    • 障害処理とテレメトリ機能

    •  Intelli-Phase機能:
      • デバイスファミリには10Aから90Aの範囲のデバイスがあります。
      • 広い fsw 範囲:過渡と効率のバランス
      • 組み込みのZCD、OCP、NOCP、OTP、およびSCP
      • 最小限の外付け部品
    プロダクト情報
    パワー構造プロダクトのタイプ部品番号部品について説明
    12VレガシーとMPSの新しい4Vから6Vアーキテクチャ デジタル多位相コントローラー

    MP2888A

    MP2882 (サンプルについてお問い合わせ)

    MP2973 (サンプルについてお問い合わせ)

    シングルループ、10多位相コントローラー

    デュアルループ、16位相のデジタル多位相コントローラー

    ュアルループ、12位相デジタル多位相コントローラー

    12V レガシーアーキテクチャ

    Intelli-PhaseTM

    MP86956

    MP86936

    5mmx6mmパッケージに16V、70A Intelli-Phase

    3mmx6mmパッケージに16V、60A Intelli-Phase

    MPSの新しい4Vから6Vアーキテクチャ Intelli-PhaseTM

    MP86972 (ンプルについてお問い合わせ)

    MP86976 (サンプルについてお問い合わせ)

    3mmx6mmパッケージに12V、60A Intelli-Phase

    3mmx6mmパッケージに7V、70A Intelli-Phase

    Product Info.
    Power Structure 12V legacy & MPS's new 4V to 6V architecture
    Type of ProductPart Description
    Digital multi-phase controller

    MP2888A

    Single-loop, 10-phase multi-phase controller

    MP2882

    Dual-loop, 16-phase digiatal mult-phase controller

    (contact for sample)

    MP2973

    Dual-loop, 12-phase digital multi-phase controller

    (contact for sample)

    Power Structure 12V legacy architecture
    Type of ProductPart Description

    Intelli-PhaseTM

    MP86956

    16V, 70A Intelli-Phase in 5mmx6mm package

    MP86936

    16V, 60A Intelli-Phase in 3mmx6mm package

    Power Structure MPS's new 4V to 6V architecture
    Type of ProductPart Description
    Intelli-PhaseTM

    MP86972

    12V, 60A Intelli-Phase in 3mmx6mm package

    (contact for sample)

    MP86976

    7V, 70A Intelli-Phase in 3mmx6mm package

    (contact for sample)

    MPS 48Vデータセンターソリューション

    • 最終的な決定が次のとおりの一つである場合:
      • 48V電源アーキテクチャを使用して完全に再設計すること
      • 12Vから48Vの電源アーキテクチャに移行する、または
      • 既存の12Vレガシーアーキテクチャを再利用する

    MPSは、業界の新しい要求の厳しい電力要件に対応するための包括的なプロダクトポートフォリオを開発しました。当社の48Vデータセンターソリューションは、配電損失を解決し、スペースに制約のある環境で高い電力密度と効率を維持するようにデザインされています。 次の表は、様々なトポロジを採用した600W、20相の多相電力設計である48Vの電力構造をまとめた表です。

    プロダクト情報
    パワー構造トポロジー全体のサイズ (mm2)電力密度 (W/in3)PDN 抵抗 (µΩ)PDN 損失 @600W (W)第1ステージ効率 @600W第2ステージ効率 @600W全体の効率@600W (including PDN 損失)
    12Vレガシーアーキテクチャ 4:1 LLC+ 20位相 5mmx6mm Intelli-PhaseTM

    4240

    91.3

    200

    72

    48V ~ 12V: 92.0%

    12V ~ 0.8V: 92.0%

    2V ~ 0.8V: 81.4%

    MPSの新しい4Vから6Vのアーキテクチャ 10:1 LLC+ 20位相 3mmx6mm Intelli-PhaseTM

    1972

    196.3

    50

    18

    48V ~ 4.8V: 97.4%

    48V ~ 0.8V: 91.1%

    48V ~0.8V: 86.4%

    Product Info.
    Power Structure 12V legacy  architecture MPS's new 4V to 6V architecture
    Topology 4:1 LLC+ 20-phase 5mmx6mm Intelli-PhaseTM 10:1 LLC+ 20-phase 3mmx6mm Intelli-PhaseTM
    Total size (mm2)

    4240

    1972

    Power Density (W/in3)

    91.3

    196.3

    PDN Resistance (µΩ)

    200

    50

    PDN Loss @600W (W)

    72

    18

    First-Stage Efficiency @600W

    48V to 12V: 92.0%

    48V to 4.8V: 97.4%

    Second-Stage Efficiency @600W

    12V to 0.8V: 92.0%

    48V to 0.8V: 91.1%

    Total Efficiency@600W (including PDN loss)

    2V to 0.8V: 81.4%

    48V to 0.8V: 86.4%

    48Vデータセンターソリューション向けのその他のMPSプロダクト

    MPSには、Intelli-Fuseのようなポイントオブロード(PoL)降圧コンバーターと保護デバイスを含む広範な製品ポートフォリオがあり、48Vデータセンター設計に対する幅広い電力アプリケーションのニーズを満たします。.

    図10:48Vデータセンター設計用のMPSパワープロダクト

    プロダクト情報
    プロダクトのタイプ部品番号部品について説明

    ポイントオブロード(PoL)降圧コンバータ

    MPQ8645P

    MP9940B (contact for sample)

    MPQ8633A/B

    MPQ8626

    16V、30A、PMBusを備えたスケーラブルなデジタル同期降圧コンバータ

    VR13およびIMVP8 / 9用のPMBusを備えたデジタル、15A、SVID降圧コンバータ

    16V、12A / 20A、調整可能な電流制限、プログラム可能な周波数、および電圧トラッキングを備えた高効率の同期降圧コンバータ

    16V、6A、調整可能な電流制限を備えた高効率の同期降圧コンバータ

    Intelli-Fuse

    MP5048 (contact for sample)

    MP5921

    MP5023

    60V、15A、7mΩのホットスワップIntelli-Fuseソリューション

    60V、50A、1mΩ RDS(ON)ホットスワップIntelli-Fuseソリューション

    16V、50A、1.1mΩのPMBusを備えたホットスワップIntelli-Fuseソリューション

    Product Info.
    Type of ProductPart Description
    Point-of-load (PoL) step-down converter

    MPQ8645P

    16v, 30A, scalable, digital, synchronous step-down converter with PMBus

    MP9940B

    Digital, 15A, SVID step-down converter with PMBus for VR13 and IMVP8/9

    (contact for sample)

    MPQ8633A/B

    16V, 12A/20A, high-efficiency, sychronous step-down converter with adjustable current limi, programmable frequency, and voltage tracking

    MPQ8626

    16V, 6A, high-efficiency, sychronous step-down converter with adjustable current limit

    Intelli-Fuse

    MP5048

    60V, 15A, 7mΩ hot-swap Intelli-Fuse solution

    (contact for sample)

    MP5921

    16V, 50A, 1mΩ RDS(ON) hot-swap Intelli-Fuse solution

    MP5023

    16V, 50A, 1.1 hot-swap Intelli-Fuse solution with PMBus

    記事

    48V配電用の2ステージソリューションを使用したデータセンターの電力密度と効率の向上

    デジタル多位相コントローラーでデータセンターに電力を供給する

    ビデオ

    48V-1V for CPU, SoC or ASIC power controller.