48V データセンター
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２: 48V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 | |
|---|---|
| LLC | STC |
| 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。
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 デュアルループ、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 (サ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 Product | Part Description |
| Digital multi-phase controller |
MP2888A Single-loop, 10-phase multi-phase controller MP2882 Dual-loop, 16-phase digiatal mult-phase controller MP2973 Dual-loop, 12-phase digital multi-phase controller |
| Power Structure | 12V legacy architecture |
| Type of Product | Part 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 Product | Part Description |
| Intelli-PhaseTM |
MP86972 12V, 60A Intelli-Phase in 3mmx6mm package MP86976 7V, 70A Intelli-Phase in 3mmx6mm package |
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 Product | Part 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 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 MP5921 16V, 50A, 1mΩ RDS(ON) hot-swap Intelli-Fuse solution MP5023 16V, 50A, 1.1mΩ hot-swap Intelli-Fuse solution with PMBus |
|
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