意法半导体如何将12kW功率压缩至智能手机尺寸供电板

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该计划依赖于ST高密度电源板（PBD）对12kW电源的微型化。随着硅碳化硅和氮化炮技术的最新突破，STGAP硅嵌入式电气隔离技术和先进的类似物对数字融合加工能力，Stmicroelectronics将数据中心带入了超级二维进化时代。此举有助于NVIDIA显着减少电缆量并提高能源效率。双方合作以首次在数据中心场中实现12kW的连续功率传输，效率超过98，在输出50V时，功率密度超过2600W/IN？

为什么Nvidia更喜欢采用800V解决方案？重建不可持续的技术范例

几十年来，依赖48V电源分配系统的传统15kW机柜解决方案已完全满足数据中心处理器，内存和存储需求。但是，随着AI技术的兴起以及GPU计算在超大规模的平行计算体系结构中电力驱动应用的爆炸，系统架构师面临着设计新机柜系统以提供高达600金至1兆瓦的电源需求的挑战。毫无疑问，电力消耗的急剧上升需要彻底创新的电源解决方案。例如，以48V的电压输送600kW需要12.5kA电流！只是想象携带此电流所需的电缆，母线和辐射器的大小就足以阻止工程师。

发电技术的未来发展前景

因此，最直接和有效的解决方案是增加输入电压以减少当前需求。这将直接导致电缆和母线的大小显着降低，并简化柜子中的交流电网和直流电源分布之间的转换。实际上，NVIDIA在一篇相关的博客文章中说，将当前的54V解决方案移至800V可以帮助提高效率高达5。简而言之，在高度关注高度数据中心的可持续性的时候，对800V体系结构的转换是确保资源利用率显着增长并同时满足创新AI技术的需求的首选途径。

但是，先前的挑战是，分配系统需要将800V高压转换为中间总线电压，从而产生GPU核心操作电压，并且必须将整体结构调整为服务器机柜的紧凑空间。由于内阁采用标准尺寸，因此空间限制非常严格。更困难的是，组件的高密度排列会加剧电磁干扰和散热耗散管理的问题。

因此，工程师必须找到一个紧凑的解决方案，该解决方案可用于处理该超高电压。 800V系统还需要完全重建，保护机制和故障处理也将面临新的复杂程度。为此，NVIDIA选择与Stmicroelectronics合作打破困境。

STMicroelectronics如何将12kW功率压缩为2600W/IN3？

解决热插头要求

为了克服800V机柜解决方案的固有挑战并满足热量汇率要求，Stmicroelectronics团队设计了两个核心模块：热盘保护电路和动力转换器。前者使用1200V碳化硅（SIC）设备和电隔离的BCD（双极CMOS-DMOS）控制器。 2021年，IEEE正式认证的Stmicroelectronics是BCD Silicon Process系列的第一个发明者。 BCD技术可以实现模拟和数字组件的集成，从而显着提高电力管理解决方案的效率和可靠性。此外，Stmicroelectronics在碳化硅设备领域积累了将近30年的经验，并且是第一个大规模将其应用于电动汽车场的制造商。

优化主要方面

第二部分是DC-DC转换器，负责将机架中的800V高压转换为每个服务器所需的50V电压。为了实现微型化设计，Stmicroelectronics使用了650V氮化炮（GAN）晶体管来构建一个堆叠的半桥拓扑结构，并且主要侧配有STGAP电气隔离的栅极驱动器。得益于3.4EV宽带隙和1700cm/V·S高电子迁移率，硝酸盐（GAN）具有超低输出电容和防水性能，使其成为高频电力电子应用的理想材料。

优化次要方

在次要的一侧，ST使用100V低压氮化岩（GAN）晶体管，低压栅极驱动器和STM32G4微控制器。由于精确的计时器的分辨率低于200秒，该MCU实现了高性能控制，完全适应了此类转换所需的高频切换要求。同时，STGAP设备在功率转换器的主要和次要侧之间提供了完整的电气隔离，从而有效地屏蔽了异常事件，例如电磁干扰（EMI），以确保超紧凑型结构的稳定操作。

将原始变压器拆卸成两组四组小型变压器阵列

除了选择组件外，ST还需要突破空间极限，即将磁性部件微型化。特别关键的是，10kV隔离层挤出了原始变压器的空间。为了减少变压器磁性零件的体积，Stmicroelectronics将传统的高功率全桥拓扑结构分为两组四组平行的校正全桥阵列，以实现协作整流。这种分裂设计使通量分流器可以减少单核负荷并扩大散热路径。结合四组小型全桥拓扑结构，使用微型铁氧体芯最终实现了变压器整体体积的突破性减少。

该组件列表和拓扑解决方案体现了多年来Stmicroelectronics积累的深厚技术专长，从而创造了我们解决方案的独特优势。当同行需要从多个政党那里购买组件时，我们提供了一个全堆栈自开发的集成解决方案，以显着提高系统优化效率。新的800V分布架构突出了具有寄生电感最小化和双面冷却的超紧凑型软件包的重要性。 Stmicroelectronics继续促进CHIP级别的微包装，成为NVIDIA的核心战略合作伙伴。

查看整体情况

该行业正在探索提高超大级AI基础设施能源效率的方法，但技术路线各不相同。例如，一些公司正在部署400V系统。通过技术积累和解决方案的结合，Stmicroelectronics可以轻松地将功率转换器的技术成就多样化，以适应多种功率需求。从本质上讲，Stmicroelectronics拥有完整的技术，可以增强所有企业的能力，以优化AI数据中心的能源效率和可持续性。