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Energieeffizienz der Cloud erhöhen


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Core-CPU-Versorgung

DC/DC-Leistungswandler für hohe Ströme sind meist mehrphasig ausgelegt. Jede Phase besteht aus zwei MOSFETs (High-Side- und Low-Side-Halbbrückenkonfiguration) und einer Induktivität und stellen einen einzelnen Abwärtswandler dar (Leistungsstufe). Mehrere dieser Anordnungen werden verkettet angeordnet, um die erforderliche Ausgangslast bereitzustellen und werden von einem intelligenten Mehrphasen-Controller (PMIC) gesteuert. Das Schalten der einzelnen Phasen muss gestaffelt und sorgfältig gesteuert werden, um die Lastregelung, Welligkeit, das Einschwingverhalten und Rauschen/Störungen (sowohl abgestrahlt als auch leitungsgebunden) zu optimieren. Die Anzahl der Leistungsstufen und der Strom in jeder dieser Leistungsstufen sind sorgfältig auf eine bestimmte CPU-Generation abgestimmt. Am Markt zeichnet sich eine rasche Zunahme der erforderlichen Leistungsstufen sowie eine höhere Stromdichte jeder Leistungsstufe ab. Die fortschrittlichsten mehrphasigen Wandler verwenden bis zu 16 Phasen mit einer Gesamtleistung von leicht über 1000 W (Bild 4).

Bild 4: Vereinfachte 16-Phasen-/1-V-CPU-Stromversorgung
Bild 4: Vereinfachte 16-Phasen-/1-V-CPU-Stromversorgung
© onsemi

Intelligente Leistungsstufen

Ein Nebenprodukt der hohen Leistungsdichte, wie sie von fortschrittlichen CPUs benötigt wird, ist die Notwendigkeit eines sehr hohen Wirkungsgrads und einer engen Lastregelung. Moderne Deep-Sub-Micron-Halbleitertechnologien für CPUs und ASICs erfordern enge Spannungstoleranzen für die korrekte Funktion. Dies führt dazu, dass der Mehrphasen-PMIC nicht nur eine geringe Verlustleistung aufweisen muss, sondern auch »intelligente« Funktionen wie Strom-, Temperatur- und Fehlerüberwachung. Durch die Meldung genauer Phasenströme und Temperaturen an den Mehrphasen-Controller ist die gesamte Stromversorgung in der Lage, die erforderliche Spannungsregelung für die CPU bereitzustellen. Fortschritte in der MOSFET-Technologie spielen auch eine wichtige Rolle, um den Wirkungsgrad jeder Generation von Leistungsstufen zu verbessern. Bild 5 beschreibt die Effizienzverbesserung von onsemi. Das Design muss ein Gleichgewicht zwischen Kosten, Spitzenwirkungsgrad und maximaler Lasteffizienz herstellen, um letztlich das beste Gesamtdesign zu erhalten.

Bild 5: Vergleich der Wirkungsgrade verschiedener intelligenter Leistungsstufen
Bild 5: Vergleich der Wirkungsgrade verschiedener intelligenter Leistungsstufen
© onsemi

Fazit

Der Cloud-Markt wird sich weiterentwickeln und ausdehnen, da Nutzer immer mehr Daten auf Knopfdruck erwarten. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen die Technologiebereiche, die die Cloud-Infrastruktur stützen, weiterhin innovativ sein und die Marktanforderungen vorhersehen. Die gesamte Cloud-Stromversorgungskette, einschließlich mehrphasiger Controller, intelligenter Leistungsstufen und PoLs, muss sorgfältig entwickelt und gefertigt werden, um die Effizienz und Zuverlässigkeit dieser Infrastruktur zu optimieren. onsemi bietet branchenführende Lösungen für diese gesamte Kette, die jeden Knoten von 48 V bis hinunter auf 1 V bedienen.

Die Autorin:

Julie Tyler ist Strategic Marketing Manager in der MCC Division von onsemi


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