μModule緩解云端的焦慮 專為應(yīng)對工業(yè)電源挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)

近日，綠色和平組織與華北電力大學(xué)聯(lián)合發(fā)布排行榜，根據(jù)在可再生能源、碳減排和能源效率方面的表現(xiàn)，為中國15家最大的云公司和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商打分。令人驚訝的是，15家公司中，僅有阿里巴巴、秦淮數(shù)據(jù)兩家表現(xiàn)及格，而包括騰訊、百度、華為、京東在內(nèi)的眾多知名企業(yè)都未達(dá)及格線。根據(jù)綠色和平組織與華北電力大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的報(bào)告，2018年全國的數(shù)據(jù)中心耗電1608.89億千瓦時(shí)，比上海市2018年全社會用電量（1567億千瓦時(shí)）還多。綠色和平組織預(yù)測，到2023年，中國數(shù)據(jù)中心耗電量將增長66%。

為了不讓數(shù)據(jù)“白云”變成帶污染原罪的“黑云”，除了采用清潔能源此類的“開源”措施外，從源頭上減少消耗這樣的“節(jié)流”也至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，云端系統(tǒng)高能耗主要來源于IT設(shè)備與制冷系統(tǒng)，這兩部分分別占據(jù)數(shù)據(jù)中心總能耗的40%。而減少這部分的能耗，ADI公司的創(chuàng)新模塊電源μModule最近幾年的技術(shù)創(chuàng)新帶來了改善此類挑戰(zhàn)的機(jī)遇。

減少能量損耗，高效冷卻是關(guān)鍵

高效冷卻是影響全球數(shù)據(jù)中心的一個(gè)關(guān)鍵問題。對于較高吞吐量、基于云計(jì)算服務(wù)不斷增長的需求給目前的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施造成了壓力，需要采用一種新的散熱方法。而ADI看到了市場這個(gè)技術(shù)和解決方案的空擋， 在一年多前推出了采用Power by Linear? μModule? 穩(wěn)壓器技術(shù)的LTM4700 降壓型 DC/DC 電源穩(wěn)壓器，獨(dú)特的工程設(shè)計(jì)為市場提供了高效冷卻減少能耗的數(shù)據(jù)中心供電方案。

該器件兼具同類產(chǎn)品最高功率和用以降低數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施冷卻要求的高能效。這款新型電源 μModule 可提供雙路 50A 或單路 100A 配置，其采用的創(chuàng)新封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在服務(wù)器密度增加以及數(shù)據(jù)中心吞吐量和計(jì)算能力提升下，對系統(tǒng)尺寸和冷卻成本的影響微乎其微。LTM4700 μModule 的高集成度和內(nèi)置組件級的封裝設(shè)計(jì)納入了片上存儲器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字接口，尺寸只相當(dāng)于競爭器件的一半左右。該器件的應(yīng)用包括云計(jì)算、高速計(jì)算和光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信基礎(chǔ)設(shè)施、PCIe 板，以及醫(yī)療、工業(yè)和測試與測量設(shè)備。

在大部分模塊化解決方案的運(yùn)行溫度為 90°C的常態(tài)下，LTM4700通過采用全新的散熱封裝技術(shù)，使其工作時(shí)的溫度僅為 73°C，氣流僅為200LFM，而這正是LTM4700成為降低數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施冷卻要求的關(guān)鍵。

專為應(yīng)對工業(yè)電源挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)，全環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行

不僅限于高效率的冷卻速度，一款簡單且成熟的電源轉(zhuǎn)換解決方案還考驗(yàn)著穩(wěn)壓器產(chǎn)品的質(zhì)量水準(zhǔn)以及長期可靠性。在高達(dá) 70°C 的環(huán)境溫度和具有 200 LFM 氣流的工作情況下，LTM4700 可在 12VIN 至 0.8VOUT 的轉(zhuǎn)換中提供 100A 的滿載電流。在 12VIN 至 0.8VOUT 轉(zhuǎn)換操作時(shí)的峰值轉(zhuǎn)換效率為 90%。另外，μModule架構(gòu)還使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能組合最多 8個(gè)器件，可提供高達(dá)800A的負(fù)載電流，以滿足數(shù)據(jù)中心處理器的較高功率需求，包括 FPGA、ASIC、GPU 和微控制器。

LTM4700 能在 4.5V 至 16V 的輸入范圍內(nèi)工作，其輸出電壓在 0.5V 至 1.8V 的范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)字控制。集成式 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器和 EEPROM 使得用戶能夠采用一個(gè) I2C PMBus 接口對電源參數(shù)進(jìn)行數(shù)字監(jiān)視、記錄和控制。開關(guān)頻率同步至一個(gè)頻率范圍為 200kHz 至 1MHz 的外部時(shí)鐘，以滿足那些對噪聲敏感的應(yīng)用。LTM4700 還擁有針對過壓和欠壓、過流和過溫等故障情況的自保護(hù)和負(fù)載保護(hù)功能。

LTM4700集成的PMBus I2C接口實(shí)現(xiàn)了功能拓展，意味著LTM4700能夠通過外接實(shí)現(xiàn)更多功能，如：通過數(shù)字通信總線配置電壓，定義復(fù)雜的開/關(guān)時(shí)序布置，定義故障條件（如過壓和欠壓限值），設(shè)置重要的電源參數(shù)（如開關(guān)頻率、電流限值等）。而在同一通信總線上，可以通過LTM4700回讀重要的工作參數(shù)，如輸入電壓和輸出電壓、輸入和輸出電流、輸入和輸出功率、內(nèi)部和外部溫度，以及在某些產(chǎn)品中測量所消耗的能源。用戶可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)的精確閉環(huán)裕量測試，并將電源電壓調(diào)整到非常精確的水平。

總結(jié)

根據(jù)預(yù)測，到2025年全球的總數(shù)據(jù)容量將會超過175ZB。隨著5G的來臨以及人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與部署將會突飛猛進(jìn)。從電源工程師的角度來看，在數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展也為電源這一越來越具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域帶來新的挑戰(zhàn)。提供一個(gè)性能優(yōu)異、散熱良好，并能滿足最終應(yīng)用所需的所有性能標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成完整電源一直是業(yè)界進(jìn)行模塊化電源設(shè)計(jì)的初衷，這也是ADI等電源半導(dǎo)體解決方案提供商在電源研發(fā)努力的方向。自2005年推出LTM4600，到LTM4700的問世，正是基于ADI在μModule穩(wěn)壓器上超過14年的經(jīng)驗(yàn)沉淀，特別是解決了電源市場PCB面積局限性越來越大，給定空氣流量下，隨著電路板密度增大使得散熱約束設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜，以及產(chǎn)品上市時(shí)間壓力越來越大。從首款產(chǎn)品LTM4600具備的嚴(yán)格質(zhì)量與可靠性，延續(xù)到了之后的每代產(chǎn)品上并不斷進(jìn)步，無論從是尺寸還是效能上，也正是業(yè)界電源產(chǎn)品不斷解決行業(yè)挑戰(zhàn)的過程。