48Vデータセンター向けソリューション
概要
今日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～5kWを使用しています。ほとんどは、基本的なCPUを高レベルの効率で動作させ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が広く受け入れられ、実装されてきました。
クラウドコンピューティング、AIアプリケーション、高出力プロセッサとアクセラレータの需要が高まるにつれ、データセンターは新たな高出力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には、電源システム全体で3200Wが必要でした。第2世代では電力需要が3倍に増加し、電力システム全体で10kWになりました。大電流を分配する際に失われる電力は電流の二乗 (I2R) で増加するため、配電損失を制御するには、バックプレーンまたはワイヤリング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、これによりシステムの電力供給が制限されます。
産業界の新たな電力要件を満たすために、MPSは新たな設計課題に対処する48Vデータセンターのソリューションを提供することに加え、配電損失を16分の1に削減できる48Vの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1参照)
図1: 従来の12V配電
MPSの48V電源構造
48V電源構造: MPSの新しい48V～4.8Vシステム
図2: 48V電源構造 - MPSの4V～6Vシステム
- システム全体の効率を大幅に最適化
- 第1期のソリューション: MPSのLLC電源モジュール
- 10:1の入出力比
- さまざまな電力レベルで提供
- 並列動作
- 第2期のソリューション: デジタルマルチフェーズコントローラ + 低電圧Intelli-Phase™ またはIntelli-Module
- Intelli-Phase™ ファミリは最大90Aの連続電流定格を提供
- Intelli-Moduleソリューションは最大170Aの連続電流定格を提供
- 電子ヒューズ
Intelli-ModuleはMPSの第2期ソリューションの製品であり、最新のオープンフレーム電源モジュールです。Intelli-Moduleは、スペースに制約のあるアプリケーションにおいて高い電力密度を実現し、熱性能を最適化します。
Intelli-Phase™は、MPSの最先端の電力段です。MPSのDrMOSは、モノリシックな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、故障レポートなどの高度な機能を組み込んでいます。
横方向 vs. Z-Axis Power Delivery™
今日のデータセンターは横方向の電力供給システムを使用しており、電源電圧レギュレータがプロセッサ周囲の基板上部に配置されています。CPUとGPUの電流需要が増加するにつれて、電圧レギュレータと負荷点の間の距離がPDN損失の重要な要因になります。さらに、PDNの増加は、システムが電圧レギュレータに大量の出力容量を必要とすることを意味します。
Z軸の電力供給は、電圧レギュレータをプロセッサ下のPCBの下側に配置する方法です。これにより、PDN損失が大幅に (10分の1以上) 削減されます。
横方向の電力供給 < 1000A
Z-Axis Power Delivery™ > 1000A
MPSは、PCB底面の限られたスペースに適合する高さが4mm未満の電源モジュールソリューションを提供します。
Z軸の電力供給EVBの詳細については、MPSにお問い合わせください。
第1期のソリューション: 電源モジュール
第1期のモジュールは複数のオプションを提供しています
10:1 IBCモジュール - Z軸のPower Delivery™に最適
54V～5.4Vは低い周波数損失となりより高い周波数の第2段が可能になり、より小型で短いインダクタの使用が可能になります。すべてのMPSのIBCモジュールは、1kWを超える電力レベルに到達するためにすべて並列接続できます。追加の詳細を記載したアプリケーションノートは現在作成中です。
MPC1100C-54 - 高効率、非絶縁、固定比率デジタルDC/DC 300W電源モジュール
MPC1100C-54は、最大300Wの連続電力を供給するオープンフレーム・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ています。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て、システムを迅速に起動し、システム要件に機敏に適応するように簡単に構成できます。
特徴
- 10:1の入力対出力比
- LLCトポロジー
- シリアルインタフェースに対応
- 並列動作に対応
- カスタム設定を保存するための内蔵MTP
- 低電圧誤動作防止機能 (UVLO)
- VOUTの過電圧保護 (OVP) と過電圧保護 (UVP)
- OCP_TDC / スパイク
- 過熱保護 (OTP)
- GUI設定ソフトウェアを提供
- 大電流および高電力アプリケーションに最適
- MPC1102-54とピンツーピン互換
MPC1100C-54
寸法
27mm x 18mm x 6.1mm
| 製品型番 | VIN (V) | VOUT 幅 (V) | 電力密度 (W/in3) | POUT (W) | ピーク効率 (%) | 効率 @ 300W (%) |
| MPC1100C-54-0002 | 40～60 | 4～6 | 1700 | 300 | 96.7 | 95.3 |
MPC11057-54-0750 - 高効率、非絶縁、固定比率デジタルDC/DC 750W電源モジュール
MPC11057-54-0750は最大750Wの常時電力が可能なオープンフレームのDC/DC電源モジュールです (図4参照)。最大60Vの入力を受け付け、10:1の入力:出力率に調整されています。複数回プログラムが可能 (MTP: multiple-time programmability)、システムを素早く起動したり、瞬時にシステム要件に対応するよう調整できます。
特徴
- 10:1の入力対出力比
- 電力密度: 1840W平方インチ
- LLCトポロジー
- シリアルインタフェースに対応
- カスタム設定を保存するための内蔵MTP
- VIN低電圧誤動作防止機能 (UVLO)
- VOUTの過電圧保護 (OVP) と過電圧保護 (UVP)
- OCP_TDC / スパイク
- 過熱保護 (OTP)
- GUI設定ソフトウェアを提供
- 大電流および高電力アプリケーションに最適
MPC11057-54-0750-xxxx
寸法
53mm x 18mm x 7mm
| 製品型番 | VIN (V) | VOUT 幅 (V) | 電力密度 (W/in3) | POUT (W) | ピーク効率 (%) | 効率 @ 300W (%) |
| MPC11057-54-0750-xxxx | 40～60 | 4～6 | 1840 | 750 | 97.6 | 96.9 |
MPC12106-54-0750 - 高効率、非絶縁、固定比率デジタルDC/DC 750W電源モジュール
MPC12106-54-0750は、最大750Wの連続電力を供給するオープンフレーム・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、4:1の入力対出力比で構成されています。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て、システムを迅速に起動し、システム要件に機敏に適応するように簡単に構成できます。
特徴
- 4:1の入力対出力比
- 電力密度: 3310W平方インチ
- LLCトポロジー
- シリアルインタフェースに対応
- カスタム設定を保存するための内蔵MTP
- VIN低電圧誤動作防止機能 (UVLO)
- VOUTの過電圧保護 (OVP) と過電圧保護 (UVP)
- OCP_TDC / スパイク
- 過熱保護 (OTP)
- GUI設定ソフトウェアを提供
- 大電流および高電力アプリケーションに最適
MPC12106-54-0750
寸法
24mm x 18mm x 8.6mm
| 製品型番 | VIN (V) | VOUT 幅 (V) | 電力密度 (W/in3) | POUT (W) | ピーク効率 (%) | 効率 @ 300W (%) |
| MPC12106-54-0750-xxxx | 40～60 | 10?15 | 3310 | 750 | 98.1 | 97.5 |
第2期のソリューション: デジタルマルチフェーズコントローラ Intelli-Phase™ またはIntelli-Module
MPSは、デジタルマルチフェーズコントローラ、Intelli-Phase™ および Intelli-Moduleソリューションの堅牢な製品ポートフォリオを持っています。詳細については、https://www.monolithicpower.com/jp/products/power-management/data-center.htmlをご覧ください。
第2期デジタルマルチフェーズコントローラ Intelli-Phase™ またはIntelli-Moduleのブロック図
- デジタルマルチフェーズコントローラの機能:
- 特許取得済みコンスタントオンタイム (COT) 制御
- 複数ループ、柔軟な位相割り当て
- インタフェースオプション: SVID、SVI2 / 3、OVR、またはシリアルインタフェース
- 故障処理およびテレメトリ機能
- Intelli-Phase™の機能 :
- 10A～90Aの範囲のデバイスファミリ
- 広いfsw範囲 : 過渡と効率のバランス
- ZCD、OCP、NOCP、OTP、およびSCP内蔵
- 最小限の外付け部品
- Intelli-Moduleの機能 :
- スペースに制約のあるアプリケーションで高電力密度
- 柔軟な出力割り当て
- 並列動作をサポートしてより高い電力供給を実現
- 上面の冷却用に最適化
| 電力構造 | 製品の種類 | 製品型番 | 部品説明 |
|---|---|---|---|
| 12Vおよび4V～6Vアーキテクチャ | デジタルマルチフェーズコントローラ |
MP2882 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) MP2972 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) |
シングルループ、10フェーズ・マルチフェーズコントローラ デュアルループ、16フェーズ・デジタルマルチフェーズコントローラ デュアルループ、12フェーズ・デジタルマルチフェーズコントローラ |
|
12Vアーキテクチャ |
DrMOS Intelli-Module |
MP87006 MP87000 |
16V、90A Intelli-Phase™ 4mm x 6mmパッケージ入り 16V、90A Intelli-Phase™ 5mm x 6mmパッケージ入り 9mm x 10mm x 8mmのフットプリントの16V、130A Intelli-Module 9mm x 10mm x 10mmのフットプリントの16V、130A Intelli-Module |
| MPSの新しい4V～6V アーキテクチャ | DrMOS |
MP86976 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) |
12V、60A Intelli-Phase™ 3mm x 6mmパッケージ入り 7V、70A Intelli-Phase™ 3mm x 6mmパッケージ入り |
| 電力構造 | 12Vレガシー & MPSの新しい4V～6Vアーキテクチャ |
|---|---|
| 製品の種類 | 部品説明 |
| デジタルマルチフェーズコントローラ |
シングルループ、10フェーズ・マルチフェーズコントローラ MP2882 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) デュアルループ、16フェーズ・デジタルマルチフェーズコントローラ MP2972 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) デュアルループ、12フェーズ・デジタルマルチフェーズコントローラ |
| 電力構造 | 12Vレガシーアーキテクチャ |
| 製品の種類 | 部品説明 |
|
DrMOS Intelli-Module |
16V、90A Intelli-Phase™ 4mm x 6mmパッケージ入り 16V、90A Intelli-Phase™ 5mm x 6mmパッケージ入り MPC22163 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) 9mm x 10mm x 8mmのフットプリントの16V、130A Intelli-Module MPC22164 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) 9mm x 10mm x 4mmのフットプリントの16V、130A Intelli-Module |
| 電力構造 | 4V～6Vアーキテクチャ |
| 製品の種類 | 部品説明 |
| DrMOS |
MP86972 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) 12V, 60A Intelli-Phase™ in 3mmx6mm package MP86976 (サンプルについてはMPSにお問い合わせください) 7V、70A Intelli-Phase™ 3mm x 6mmパッケージ入り |
MPC22163-130 - Quiet SwitcherTM テクノロジーを備えた2フェーズIntelli-Module
MPC22163は、130Aの連続ピーク出力電流を備えた非絶縁のステップダウン電源モジュールです。このモジュールは、ドライバMOSFETとインダクタをコンパクトなパッケージに統合し、レイアウトスペースを節約し、より高い電力密度を実現します。多くのモジュールを並列にして、最大2kWの電力まで拡張可能です。最大の高さが8mmなので、OAMフォームファクタの基板などの多くのアプリケーションに適しています。
特徴
- 上面冷却パッケージ
- 電流検出: Accu-SenseTM
- 温度検出
- 電流制限保護
- 並列動作をサポート
- 過熱保護 (OTP)
- 故障報告
- 共通フットプリント LGA-72 (9mm x 10mm) パッケージ
MPC22163-130
寸法
9mm x 10mm x 7.5mm
| 製品型番 | VIN (V) | VOUT幅 (V) | IOUT (A) | fsw (kHz) | 電力密度 (W/in3) | ピーク効率 @ 12V (%) |
| MPC22163-130 | 4～16 | 0.5～2 | 130 | 600～1500 | 2475 | 88.40 |
MPC22166-130 - Quiet Switcher™テクノロジーを備えた2フェーズIntelli-Module
MPC22166は、130Aの連続ピーク出力電流を備えた非絶縁ステップダウン電源モジュールです。このモジュールは、ドライバMOSFETとインダクタをコンパクトなパッケージに統合し、レイアウトスペースを節約し、より高い電力密度を実現します。多くのモジュールを並列にして、最大2kWの電力まで拡張可能です。最大の高さが4mmなので、Z軸の電力供給やPCIeフォームファクタの基板などの多くのアプリケーションに適しています。
特徴
- 上面冷却パッケージ
- 電流検出: Accu-Sense™
- 温度検出
- 電流制限保護
- 並列動作をサポート
- 過熱保護 (OTP)
- 故障報告
- 共通フットプリント LGA-72 (9mm x 10mm) パッケージ
- 非常に低い高さ: 最大4mm
- MPC22163とピンツーピン互換
MP22166-130
寸法
9mm x 9.9mm x 3.9mm
| 製品型番 | VIN (V) | VOUT 範囲 (V) | IOUT (A) | fsw (kHz) | 電力密度 (W/in3) | ピーク効率 (%) |
| MPC22166-130 | 4～16 | 0.5～2 | 130 | 600～1200 | 5034 | 90 |
MPC22167 - 130A、Quiet Switcher™ テクノロジーを備えた2相、Intelli-Module™
MPC22167は、130Aの連続ピーク出力電流を備えた非絶縁ステップダウン電源モジュールです。このモジュールは、ドライバMOSFETとインダクタをコンパクトなパッケージに統合し、基板スペースを節約し、より高い電力密度を実現します。多くのモジュールを並列にして、最大2kW以上の電力まで拡張可能です。最大高さが8mmなので、OAMフォームファクタの基板などの幅広いアプリケーションに適しています。
特徴
- 上面冷却パッケージ
- 電流検出: Accu-Sense™
- 温度検出
- 電流制限保護
- 並列動作をサポート
- 過熱保護 (OTP)
- 故障報告
- 共通フットプリント LGA-72 (9mm x 10mm) パッケージ
MPC22167
寸法
9mm x 9.9mm x 7.65mm
| 製品型番 | VIN (V) | VOUT範囲 (V) | IOUT (A) | fsw (kHz) | 電力密度 (W/in3) | ピーク効率 (%) |
| MPC22167-130 | 4～16 | 0.5～2 | 130 | 500～1500 | 2475 | 91 |
MP2891 - デュアルループ、OVR4i 16フェーズコントローラ
特徴
- 最高の位相数
- デュアルループ、16フェーズコントローラがNVIDIA PWM-VIDコア電源に電力を供給
- レール1では最大16フェーズ、レール2では最大8フェーズ
- デジタル制御
- デジタルループ補償とロードラインレギュレーション
- 非線形制御により過渡時の出力コンデンサ要件を削減
- デジタル構成とモニタリング
- デジタル構成とモニタリング
- VOUT、IOUT、VIN、PINおよび温度テレメトリ
- Intelli-Phase® 故障診断
- VR設定を保存し、ブラックボックス機能用の統合NVM
- 設計の柔軟性
- 最大3MHzのスイッチング周波数
- 自動フェーズシェディングにより軽負荷効率が向上
- 設定可能な電圧、電流、および温度保護
パッケージ: QFN-56 (7mm x 7mm)
MPQ8655 - 16V、30A、スケーラブル、デジタル、シリアルインタフェース付き同期整流式ステップダウンコンバータ
特徴
- デジタル・ポイントオブロード (POL)
- 出力電圧 / 電流、入力電圧、およびTjレポーティング
- カスタムコンフィギュレーションを保存するためのMTPを搭載
- PMBus経由でプログラマブル
- システム内の複数のレールに柔軟に対応
- 最大8フェーズまで拡張可能
- 3.3V、5V、12V入力に対応
- 出力は0.4V～0.9Vまで調整可能。入力電圧は最大0.5V
- 位相ごとに30Aの連続出力電流
- 損失なしで正確な電流検知機能を搭載
- フレキシブルにインダクタを選択可能
- 0.5%の正確なリファレンス回路
- 出力電圧は真のリモート検知
- アダプティブなコンスタントオンタイム制御
- 超高速な過渡応答
- ゼロESR出力コンデンサを搭載し安定動作
パッケージ: TQFN-25 (4mm x 5mm)
MP5048 - 60V、15A、7mΩ RDS(ON)、ホットスワップ Intelli-Fuseソリューション
特徴 :
- 業界最高電流の60V電気ヒューズ
- システム内の複数フェーズに柔軟に対応
- 入力電圧範囲: 24V～60V
- スタンドアロンまたは並列動作に対応した拡張性
- 設定可能な出力電圧ソフトスタートにより突入電流制御をサポート
- 1.5%のIMONレポート精度が正確なシステム電力レポートをサポート
- フルサポート保護
- 設定可能な過電流保護 (OCP) 制限
- 正確なオンダイ温度検知とサーマルシャットダウン
- ピン設定可能なラッチオフおよびヒカップ保護
- 故障ピンインジケータ (FLTB)
パッケージ: QFN-30 (5mm x 5mm)
第2期モジュールと従来のディスクリートソリューションの比較
CPUとGPUの現在の需要が増加し、パッケージサイズが拡大するにつれて、設計者は、電圧レギュレータ (VR) の複数フェーズに適合するために基板上の非常に小さな領域を残すことがよくあります。VR設計へのIntelli-Moduleアプローチにより、電力密度が2.5倍増加し、電圧レギュレータをプロセッサの近くに配置してPDN損失を削減できます。
| Intelli-Modules: DrMOS + インダクタ | DrMOS (ディスクリートアプローチ) |
Intelli-Moduleソシューションは、効率のサイズのベストな組み合わせを提供90mm2のレイアウトエリア |
従来のVRソリューション
225mm2のレイアウト領域 |
OAMフォームファクタ電源ソリューション
MPSはOEMのフォームファクタのような汎用設計のためのOCP標準にのっとり、エンドツーエンドの電源ソリューションを提供しています。その性能は、このリファレンスデザイン (最大2000A) で確認できます。第1期の電源モジュールと比較し、第2期の電源モジュールは1/4のスペースとなります。
2000A リファレンスデザイン
仕様 :
- 54V入力電圧、0.8V公称出力電圧
- 1000A出力電流、最大2000A
- 過渡試験用組み込みロードスラマー
- 第2期では、MP2891の16フェーズコントローラと同じ設置面積でより高い効率を備えた次世代のMPC22163モジュールであるMPC22167を使用
- 現在サンプリングで評価ボードが利用可能
AIアクセラレータカード
- OAM
- SXM
- etc.
AIプロセッサの電流要件増加に対する電源ソリューションの適応
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