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10 Elektronik 21 2020 impulse Embedded Power für Hochleistungsprozessoren Das letzte Zoll wird beherrschbar Der neue 48-V-PoL-Regler für KI-Prozessoren soll diese wirksamer mit Strom vorsorgen Warum ist das so wichtig? Am Pointof-Load PoL geht immer noch zu viel Energie verloren Wärme entsteht der Wirkungsgrad sinkt Die Verbesserung des Wirkungsgrads ist umso dringender je kleiner die Systeme je größer die benötigte Leistung und je mehr die Mini-Hochleistungsrechner lokal betrieben werden In automatisiert fahrenden Autos beispielsweise werden die Mikrocontroller über den Antriebsstrang gespeist Energieeffizienz ist eine Schlüsselanforderung Aber auch in Rechenzentren die mittlerweile einen hohen Anteil am weltweiten Bedarf an elektrischer Energie haben wird die Energieeffizienz wichtiger Je höher die geforderte Prozessorleistung ist desto größer ist der Energiebedarf Mit einem maximalen Wirkungsgrad kann der Prozessor besser und schneller mit Strom versorgt werden KIAlgorithmen können deutlich beschleunigt werden Was sind die größten Herausforderungen für die Entwickler einer Stromversorgung zur Versorgung von Mikroprozessoren? Wir reden hier von einem sehr kleinen Bauraum von Stromversorgungsarchitekturen direkt auf der Prozessor-Platine Das letzte Zoll also die letzten Millimeter vom Spannungsregler zum Prozessor sind dabei am schwierigsten Bild 1 In High-End-Applikationen sind die Prozessor-Betriebsströme auf viele hundert Ampere gestiegen Verhindert ein geringer Wirkungsgrad die optimal notwendige Stromversorgung verlangsamt der Prozessor seine Betriebsfrequenz seine RechenPoweron-Chip ist das neue Normal Ob Rechenzentrum selbstfahrendes Auto oder Smart Home Künstliche Intelligenz Machine Learning und Big-Data-Anwendungen fordern eine extrem hohe Rechenleistung CPUs DSPs FPGAs und ASICs arbeiten parallel auf kleinstem Raum in komplexen Architekturen mit hohen Anforderungen an die Stromversorgung Ein neuer 48-V-PoL-Wandler soll die Power-Entwicklung für KI beschleunigen Von Ute Häußler leistung erstickt quasi Für die Stromversorgung des Prozessors müssen mehrere Leiterbahnen mit minimaler parasitärer Kapazität und Induktivität entworfen werden Das braucht Zeit zumal oft mehrere hundert Pins gebraucht werden Das PDN Power Delivery Network ist der limitierende Faktor für die Prozessorleistung und damit des gesamten Systems Bild 2 Herkömmliche PoL-Wandler begrenzen also die Hochleistungsprozessoren? Nicht nur das Herkömmliche mehrphasige Spannungsregler deren niedrige Leistungsdichte sowie deren Größe verbieten die Nähe zum Prozessor mit bis zu 32 PoL-Kompontenten wird auch die Entwicklung langwieriger Die technische Herausforderung nimmt mit höheren Stromstärken zu Die zusätzlichen Phasen führen zudem häufig zu Unsymmetrien Bei hoher Schaltfrequenz kommt es oft zu hochfrequenten Störspannungen Wie erreicht der Vicor-PoL-Regler mehr Leistungsdichte und einen besseren Wirkungsgrad? Wir haben in den letzten Jahren viel Entwicklungsaufwand in die Factorized Power Architecture FPA gesteckt und diese an die Stromversorgung von Mikroprozessoren angepasst Der neue Wandler kann eine hohe Stromstärke direkt an das IC-Gehäuse liefern Unsere MCM-Schaltung Modular Current Multiplier erzeugt wenig hochfrequente Störspannungen da sie keine in Induktivitäten gespeicherte Energie wie eine herkömmliche Mehrphasenschaltung verwendet nutzt eine hohe Schaltfrequenz und ein spezielles Lev Slutskiy hat über 40 Jahre Technikerfahrung und ein Diplom der Universität für Telekommunikation St Petersburg Nach Stationen bei Siemens sowie Siemens Nokia kümmert er sich seit acht Jahren um den technischen Vertrieb für Stromversorgungen und High Performance Computing bei Vicor