Power-on-Package von Vicor Stromversorgung für Big-Data-Prozessoren

Das Modular Current Multiplier Driver (MCD, oben) und das Modular Current Multiplier (MCM, unten) sollen den Strom für kommende Big-Data-Prozessoren liefern.
Das Modular Current Multiplier Driver (MCD, oben) und das Modular Current Multiplier (MCM, unten) sollen den Strom für kommende Big-Data-Prozessoren liefern.

Zukünftige Serverprozessoren für Anwendungen wie künstlicher Intelligenz, maschinelles Lernen und Big Data Mining benötigen Hunderte von Ampere mit minimalen Spannungseinbrüchen. Das neue Power-on-Package von Vicor, das sich in das Prozessorgehäuse integrieren lässt, kann bis zu 640 A liefern.

Auf dem Open Data Center Committee Summit in Peking hat Vicor ihre Modular Current Multiplier im Power-on-Package vorgestellt. Diese Architektur eignet sich dafür, CPUs, GPUs und ASICs (XPUs) der kommenden Generation mit Strom zu versorgen. Bislang verwendete Point-of-Load-Architekturen (PoL), die direkt neben der XPU platziert wurden, vermindern die Leitungsverluste auf dem Motherboard, helfen aber nicht, die  Herausforderungen bei der Verbindung zwischen Prozessor und Motherboard zu reduzieren. Mit höheren Strömen wurden die letzten Zentimeter zur XPU, bestehend aus den Leiterbahnen auf dem Motherboard sowie den Steckverbindungen im XPU-Sockel, zum bestimmenden Faktor für Einschränkungen bei der Performance sowie dem Gesamtwirkungsgrad des Systems.

Vicors neue Modular Current Multipliers (MCMs) im 32 mm x 8 mm x 2,75 mm großen Power-on-Package passen in das Prozessorgehäuse und nutzen damit den Wirkungsgrad, die Leistungsdichte und die Bandbreitenvorteile der Factorized Power Architecture von Vicor. Diese wurde bereits von einigen führenden Firmen in sogenannten 48-V-Direct-to-XPU-Applikationen eingesetzt. MCMs werden als Strommultiplizierer von einem externen Modular Current Driver (MCD) auf dem Motherboard mit einem Bruchteil (z.B. 1/64-tel) des XPU-Versorgungstromes gespeist. Der MCD regelt präzise und mit hoher Bandbreite sowie kleinen Störspannungen die Versorgungsspannung des Prozessors. Vicors Lösung besteht aus zwei MCMs und einem MCD und liefert einen Dauerstrom von 320 A, wobei Spitzenströme bis 640 A möglich sind.

Da die MCMs direkt auf dem XPU-Substrat montiert sind, muss der an den Prozessor gelieferte Strom nicht durch den Sockel fließen.  Dies wiederum soll die Übergangsverluste im Stecksockel um den Faktor 10 reduzieren und 90 % der sonst typischerweise für die Stromversorgung benötigten Sockelpins für erweiterte I/O Zwecke frei machen. Weitere Vorteile sind ein vereinfachtes Motherboard-Design und eine deutliche Verringerung der benötigten Bypass-Kondensatoren, um die XPU innerhalb der geforderten Spannungsgrenzen zu halten. 

Mehrere MCMs können für einen höheren Strom parallel betrieben werden. Der Betriebsbereich geht von –40 °C bis +125C.  Die zwei in Peking vorgestellten Komponenten sind die ersten eines Portfolios von Power-on-Package-Lösungen, die sich an die verschiedenen Anforderungen der XPU anpassen lassen.