ICC訊 2020年新冠疫情暴發(fā)以來,遠(yuǎn)程辦公、在線教育、生鮮電商、無人配送等大量新商業(yè)模式得到了飛速發(fā)展,而這些業(yè)務(wù)模式背后顯然帶來了更大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生和流動(dòng) -- 大數(shù)據(jù)中心作為新基建七大領(lǐng)域之一的重要性進(jìn)一步提升。
然而,目前全球40%的數(shù)據(jù)中心集中在美國(guó),這幾乎是中國(guó)的五倍。很顯然,中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)量是遠(yuǎn)高于美國(guó)的,這意味著中國(guó)有著潛力巨大的大數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)以及發(fā)展前景。但是,大數(shù)據(jù)中心建設(shè)是典型的重資產(chǎn)項(xiàng)目,建設(shè)周期和投資回報(bào)周期非常漫長(zhǎng),具有一條很長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈,包括服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、光模塊,還有電源、軟件、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房等。顯然這是一個(gè)門檻相當(dāng)高的領(lǐng)域。 與龐大的建設(shè)成本相比,之后的運(yùn)營(yíng)成本更讓運(yùn)營(yíng)者頭疼,其中電費(fèi)占到了50%以上,具體的比例主要取決于各數(shù)據(jù)中心的能效水平。
高能耗問題成為數(shù)據(jù)中心的痛中之痛。 從技術(shù)角度上講,隨著數(shù)據(jù)吞吐量不斷增加、任務(wù)也呈現(xiàn)多元化發(fā)展,不但需要處理器的性能不斷提升,處理器也因此呈現(xiàn)多樣性,除傳統(tǒng)CPU外,包括FPGA、GPU、Arm等開始廣泛應(yīng)用,供電系統(tǒng)需要盡可能滿足不同處理器類型。其次需要高帶寬低延遲的信號(hào)傳輸,這些要求使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度更高。 第三個(gè)方向則是大型化和集群化時(shí)代的到來,會(huì)給產(chǎn)品運(yùn)維帶來諸多挑戰(zhàn),要求產(chǎn)品提高可靠性并且IT運(yùn)維盡量簡(jiǎn)化。 因此,德州儀器(TI)區(qū)域銷售經(jīng)理Rui認(rèn)為,我國(guó)數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展將突出表現(xiàn)在綠色化、智能化、大型化+集群化這三大方向。而一直以來,TI在數(shù)據(jù)中心所涉及的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都有著非常大的持續(xù)投入, TI也在依托自身的技術(shù)支持中國(guó)新基建的發(fā)展,幫助解決大數(shù)據(jù)中心所遇到的痛點(diǎn)。
更高能效、更高功率密度的電源轉(zhuǎn)換
數(shù)據(jù)中心所消耗的電能幾乎都是由市電交流電轉(zhuǎn)換而來。交流輸入首先被整流,然后被PFC電路調(diào)整到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電壓水平。下游的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器將高壓直流電壓轉(zhuǎn)換成服務(wù)器需要的低壓直流電壓,之后再進(jìn)行下一步直流電壓轉(zhuǎn)換,用于內(nèi)存、處理器等的核心供電電壓。 實(shí)現(xiàn)綠色化中最重要的就是要減少電源轉(zhuǎn)換過程中所消耗的電能。 在PSU行業(yè),能源之星80PLUS的標(biāo)準(zhǔn)自2007年生效以來,從黃金升級(jí)到鉑金以及如今的鈦金,對(duì)于電源轉(zhuǎn)換效率的要求一再提升。然而由于傳統(tǒng)硅MOSFET的性能接近極限,效率提高的速度正在放緩。
業(yè)界開始采用無橋圖騰柱PFC拓?fù)涮岣逷SU的效率。但軟開關(guān)無橋圖騰柱的缺點(diǎn)是控制復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)和零電流檢測(cè)電路成本高,而且硅MOSFET的體二極管反向恢復(fù)速度較慢,使得圖騰柱PFC不能有效地在連續(xù)導(dǎo)通模式工作,而具有良好高頻工作的氮化鎵(GaN)技術(shù)可以更好地實(shí)現(xiàn)無橋圖騰柱PFC設(shè)計(jì)。 TI提供LMG3422R030,這是TI GaN的最新一代產(chǎn)品,具有集成驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和報(bào)告功能。這種高集成度支持較低的共源電感和引線電感,非常適合高頻操作,從而降低柵極和開關(guān)損耗以提高效率。此外,該器件采用緊湊的SMD封裝,具有低寄生引線效應(yīng),這使得器件非常穩(wěn)定可靠。這些獨(dú)特的特性使電源工程師能夠輕松滿足服務(wù)器PSU的高能效需求,如80PLUS鈦金標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和可靠性。
除了PSU之外,針對(duì)FPGA、CPU、GPU等負(fù)載的多相供電設(shè)計(jì)也存在著諸多挑戰(zhàn),其中相位管理的難度是最大的。電流必須在相位之間均勻平衡,以避免對(duì)任一相位產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力,并提供最佳的紋波消除。同時(shí),必須在瞬態(tài)期間快速添加或移除相位,以最大程度減少輸出電壓偏移,這就需要更復(fù)雜的控制器。
另外,額外的相位也會(huì)增加BOM成本和PCB面積。 多相供電功能主要包括了功率級(jí)與控制器,TI通過提供優(yōu)化適配的智能功率級(jí)與高性能控制器共同解決多相供電設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。 首先,針對(duì)高集成度的智能功率級(jí)(Smart Power Stage)產(chǎn)品,將電流檢測(cè)功能、驅(qū)動(dòng)器和MOSFET進(jìn)行了統(tǒng)一封裝,從而提供更高的電流檢測(cè)精度,消除無源元件等。例如TI的同步降壓NexFET?功率級(jí)CSD95485,支持英特爾VR12.x和VR13.x的臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器,針對(duì)高功率、高密度同步降壓轉(zhuǎn)換器中的使用進(jìn)行了高度優(yōu)化。集成了驅(qū)動(dòng)器集成電路和功率MOSFET,來完善功率級(jí)開關(guān)功能。此外,還集成了溫度感測(cè)功能以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并提高準(zhǔn)確度。
而對(duì)于控制器來說,TPS53688是與之配合的,兼容 VR13.HC SVID 的雙通道無驅(qū)動(dòng)器多相(最多8相)同步降壓控制器。具有高級(jí)控制特性(例如具有重疊脈沖的D-CAP+?架構(gòu))支持下沖衰減 (USR) 和過沖衰減 (OSR),可提供快速瞬態(tài)響應(yīng)、最低輸出電容和高效率。該器件還支持在CCM 和 DCM 運(yùn)行情況下進(jìn)行單相運(yùn)行,從而提高輕負(fù)載情況下的效率。 當(dāng)TI控制器與NexFET功率級(jí)配合使用時(shí),該總體解決方案可提供超高速度和低開關(guān)損耗。由于多相電源產(chǎn)品采用了數(shù)字方案,支持PMBUS,可以通過GUI圖形界面進(jìn)行修改與調(diào)整,相比模擬方案設(shè)計(jì)和調(diào)試更加靈活。
簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)
PCIe是目前用途最廣泛的數(shù)據(jù)交換總線,由于PCIe擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)交換的重要作用,因此其標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)也是最快更迭的。然而,PCIe的高速信號(hào)在通過長(zhǎng)的PCB走線或線纜進(jìn)行傳輸時(shí),面臨著保持信號(hào)完整性的重大挑戰(zhàn),客戶一方面需要選擇低損耗的材料,另外則需要信號(hào)調(diào)節(jié)元件以改善傳輸路徑,在 PCle 4.0中,信號(hào)調(diào)節(jié)功能首次被直接寫入到基本 PCle 規(guī)格中。 TI提供了Redriver和Retimer兩類產(chǎn)品,并且具有Pin to Pin兼容的特點(diǎn),可根據(jù)用戶具體應(yīng)用需求而靈活選擇。 DS160PR810是一款高性能八通道PCIe 4.0 Redriver,支持16 Gbps的標(biāo)準(zhǔn)PCIe數(shù)據(jù)速率。它用于擴(kuò)展高速 PCIe 串行鏈路的范圍和穩(wěn)健性。具有可編程性,能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度的靈活性并提高通道的總體性能。
簡(jiǎn)化運(yùn)維
數(shù)據(jù)中心必須維持關(guān)鍵操作和數(shù)據(jù)傳輸,隨著數(shù)據(jù)中心的功率越來越大,對(duì)系統(tǒng)可靠性的挑戰(zhàn)也越來越大,因此備用電源是必需的。電源多路復(fù)用電路可以在主電源軌和備用電源軌之間做出自動(dòng)選擇或切換。TI的負(fù)載開關(guān)和eFuse產(chǎn)品組合為用戶提供了靈活的電源多路復(fù)用解決方案。TI的eFuse產(chǎn)品系列符合UL 2367和IEC 62368-1安全認(rèn)證,最大支持電流可高達(dá)70A。
而相對(duì)于離散的保險(xiǎn)絲和PTC不同,eFuse具有更準(zhǔn)確的電流限制,響應(yīng)速度更快,并且可以在沒有用戶干預(yù)的情況下恢復(fù),因此非常適合數(shù)據(jù)中心的遠(yuǎn)程維護(hù)需求??蓮V泛應(yīng)用于電源軌、硬盤、風(fēng)扇和PCIe外設(shè)等保護(hù),從而大大提升了系統(tǒng)的可靠性。 TPS25982是具有精確負(fù)載電流監(jiān)測(cè)和可調(diào)節(jié)瞬態(tài)故障管理功能的 2.7V 至 24V、2.7mΩ、15A eFuse??梢酝ㄟ^區(qū)分瞬態(tài)事件和實(shí)際故障來智能地管理過流響應(yīng),從而允許系統(tǒng)在線路和負(fù)載瞬變期間不間斷運(yùn)行,而不會(huì)影響故障保護(hù)的穩(wěn)健性。該器件可配置為在故障關(guān)閉后保持閉鎖或自動(dòng)重試,這使遠(yuǎn)程系統(tǒng)能夠自動(dòng)從臨時(shí)故障中恢復(fù),同時(shí)確保電源不會(huì)因持續(xù)的故障而無限期地承受應(yīng)力。
除了痛點(diǎn),還有什么?
為了更好地支持中國(guó)新基建大數(shù)據(jù)中心的發(fā)展,TI正在盡可能為服務(wù)器系統(tǒng)提供更為全面的解決方案,除了上述幾項(xiàng)產(chǎn)品之外,包括TI第二代GaN器件、單向負(fù)載電源、中低速I2C擴(kuò)展、溫度傳感器、電流傳感器等,方便客戶一站式選擇,簡(jiǎn)化用戶設(shè)計(jì)、采購、備貨等方方面面。 同時(shí),TI在中國(guó)有北京,上海,深圳三個(gè)研發(fā)中心,TI和國(guó)內(nèi)主流的OEM服務(wù)器商都有合作,同時(shí)也與國(guó)內(nèi)外主流的ASIC供應(yīng)商合作,開發(fā)適合的供電系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代帶來數(shù)據(jù)的激增。都說數(shù)據(jù)是數(shù)字時(shí)代的石油,那么大數(shù)據(jù)中心就相當(dāng)于煉油設(shè)備,從中挖掘出更多服務(wù)信息技術(shù)以及數(shù)字社會(huì)的價(jià)值。 如今TI已深耕中國(guó)35年,在數(shù)據(jù)洪流到來之時(shí),TI始終如一通過提供齊全的模擬和嵌入式產(chǎn)品、強(qiáng)大的本地制造研發(fā)能力、遍布全國(guó)的產(chǎn)品分銷及銷售網(wǎng)絡(luò),幫助中國(guó)數(shù)字新生代的開拓者們解決難題與挑戰(zhàn)。
關(guān)于德州儀器(TI)
德州儀器 (TI) (納斯達(dá)克股票代碼:TXN) 是一家全球化的半導(dǎo)體公司,致力于設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和銷售模擬和嵌入式處理芯片,用于工業(yè)、汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場(chǎng)。我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用,創(chuàng)造一個(gè)更美好的世界。如今,每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上,使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實(shí)惠,從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。
新聞來源:訊石光通訊網(wǎng)
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