解決AI時代服務器機架散熱難題 Vicor推出48V三相超薄平板電源
10月16日,“2018開放數據中心峰會”在北京國際會議中心隆重開幕。和往年一樣,會場大咖云集,包括百度、騰訊、阿里巴巴、中國移動和英特爾等來自各領域的5,000余位代表出席了大會。已經來臨的AI時代對數據中心的新需求毫無懸念的成為了本次大會最熱門的話題。
Vicor副總裁Robert Gendron在峰會上發(fā)表了題為《電源技術在云數據中心的發(fā)展與演進》的精彩演講,介紹了AI在云計算領域的發(fā)展和對供電的需求。Robert Gendron表示:“AI的能耗需求正在改變傳統(tǒng)的電力輸送方式,同時也引發(fā)了對傳統(tǒng)的服務器機架和服務器板級設計的重新思考。更高的功率等級帶來了更高的電壓分布和更高的功率密度。集成度更高、采用扁平化的設計解決方案更能滿足AI對功率轉化的需求。”

圖:Vicor副總裁Robert Gendron在ODCC峰會上發(fā)表主題演講
CPU、GPU和越來越普及的FPGA器件的功耗是數據中心整體功耗的主要組成部分。在人工智能、云計算、機器學習和大數據等數據密集型應用的推動下,處理電源的需求不斷增長,因此數據中心的功耗和熱生成量也在不斷增加。據預測,2025年,服務器機架的功耗水平將達到250KW。

圖:服務器機架功率水平將大幅上升
數據中心基礎架構將電源分配到服務器機架,然后通過處理器穩(wěn)壓器 (VR) 為處理器提供功率。隨著半導體技術和電源管理方案的不斷發(fā)展,VR性能得到了持續(xù)提升。這些VR性能的提升為一代又一代CPU及其不斷增長的功率需求提供了支持。Vicor的解決方案不僅可實現 48V 配電架構,同時還能實現最高密度及最高效率的電源設計,這對目前已應用于端計算和云計算的高級AI處理器至關重要。大會主持人騰訊IDC技術中心總監(jiān)朱華,聽了Vicor的演講后表示,有了Vicor的48V 供電方案,解決了數據中心的功率密度進一步提升的燃眉之急。
作為最早支持48V架構的電源廠商之一,Vicor提供完整的隔離式與非隔離式 48 V 電源組件產品線,與傳統(tǒng)的12V機架系統(tǒng)相比功耗損失降低 30%。此次峰會,Vicor展示的外觀像iPad一樣纖薄的新產品吸引了大家駐足圍觀。Robert Gendron和Vicor產品市場總監(jiān)Ian Mazsa、亞太區(qū)市場營銷副總裁Eric Wong、中國區(qū)商務拓展經理Justin Chen等多位技術專家向21IC記者介紹了這款新產品的技術優(yōu)勢。這款9.4 X 5.9 X 0.6英寸超薄設計的AC-DC 轉換器模塊(RFM)PowerTablet可提供10kW的穩(wěn)壓48VDC。RFM可通過配置,支持全球范圍200~480VAC的三相AC電源,其功率密度達到組件層面300W/in3,是傳統(tǒng)3相位ACDC解決方案的4倍。

圖:Vicor展出了10kW AC-DC 轉換器模塊PowerTablet和浸入式散熱系統(tǒng)解決方案
這種獨特的封裝設計實現了前所未有的空間利用率及熱管理靈活性。RFM的一大亮點是支持浸入式散熱系統(tǒng)。Google數據中心副總裁Joe Kava曾表示,前兩代谷歌張量處理單元能夠用傳統(tǒng)的風冷技術應付,而第三代則不同。傳統(tǒng)AC電源通常只適合風冷系統(tǒng),表面輪廓不規(guī)則,熱量分布不均勻。RFM 經過精心設計,可輕松集成在高級散熱系統(tǒng)中,包括液冷(冷卻板安裝)和液浸散熱系統(tǒng)。據了解,Vicor此次展出的PowerTablet浸入式散熱系統(tǒng)解決方案采用了3M公司的介電絕緣液,功率密度可以進一步提高。

圖:RFM 提供一個理想的機械接口,可通過片狀外形散熱,提供表面積與體積的高比
如下圖所示,并行工作的四個RFM可在僅1U的機架空間內提供40KW的功率。RFM 可也分布在整個機架體中,能夠在機械和散熱解決方案中實現更高的自由度,充分滿足要求嚴苛的高性能計算以及人工智能推斷與學習應用的需求。

圖:無論AI機架還是分布式機架的,RFM的空間利用率更高
除此之外,RFM針對冗余工作整合濾波與內建故障保護功能,可提供一組功率因數校正的穩(wěn)壓、隔離式 DC 輸出。通過與 Vicor 48V 合封電源 (PoP) 及 48V 直接至負載點解決方案相結合,RFM 能夠實現從三相 AC 到負載點上 1V 以下 AI 處理器的各種高密度、高效率的端到端電源系統(tǒng)解決方案,有效的解決了最后一英寸的問題。
為了大幅降低數據中心電力損失、占用空間及冷卻設備成本,Google早在2009年就開始評估傳統(tǒng)12V供電的替代方案,并在2010年正式著手進行48V機架電力配送開發(fā)。過去幾年,包括Google在內的互聯(lián)網巨頭已大規(guī)模設計并使用48V基礎設備,包括48V伺服器至負載點設計,及機架層級48V鋰電子不斷電系統(tǒng)。此次峰會的主題演講中,百度系統(tǒng)部執(zhí)行總監(jiān)侯震宇表示:在高功率的供電和冷卻上,百度已經引入了48V供電的技術以及液冷技術。Vicor全新的支持浸入式散熱系統(tǒng)的10kW 48V PowerTablet正滿足了數據中心的最新需求。
作為電源廠商,如何應對未來 AI帶來的功率密度挑戰(zhàn)呢?Robert Gendron表示,AI時代,我們面臨的最大問題將是設計周期的進一步縮短。我們唯有從架構、技術、封裝多維度的持續(xù)創(chuàng)新,才能讓電源方案跑贏處理功耗水平的提升。
回想幾天前,擁有150余項美國發(fā)明專利的Vicor首席執(zhí)行官 Patrizio Vinciarelli 憑借“在為分布式電源系統(tǒng)應用開發(fā)高效、高功率密度的電源轉換組件過程中所表現出的極具遠見卓識的領導才能”獲得 2019 年 IEEE William E. Newell 電力電子大獎。創(chuàng)新可謂是Vicor產品的DNA。期待更多創(chuàng)新電源方案,讓AI時代服務器機架散熱不再有后顧之憂。
為了滿足業(yè)務快速增長,Vicor于2018年第四季度開始進行產能擴張。據悉,擴大產能將從第四季度的增加生產設備開始,在Vicor總部安多佛現有22,000平方米的工廠內部署新設備,將其產能增加至大約5億美元的年收入。下一個擴大產能項目,將在現有工廠大約8400平方米的延伸區(qū)域內部署新生產線,預計2020年第一季度開始動工建造。 同時,為了順應市場發(fā)展,以及更加快速地響應客戶的需求,Vicor正計劃在亞洲設立工廠,很大可能性與現有合作伙伴共同合作進行。