算力似乎是現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代不可不談的一個(gè)問題，當(dāng)一切都圍繞數(shù)據(jù)進(jìn)行之時(shí),，處理速度就是占領(lǐng)市場的一把利劍,。機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識別,、信號處理,、仿真引擎應(yīng)用規(guī)模愈來愈大的現(xiàn)如今，傳統(tǒng)的CPU已無法滿足超大數(shù)據(jù)處理的需求,，并行計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生,。
算力巨頭紛紛“拼殺”數(shù)據(jù)中心市場,，押注GPU、FPGA,、ASIC等加速芯片,，作用在計(jì)算加速、存儲加速,、通訊加速,。巨頭上演“三英戰(zhàn)呂布”，也為數(shù)據(jù)中心加速市場提供了增長基礎(chǔ),，硬件加速需求增強(qiáng)的背后是龐大的硬件電源需求,。
怎樣的加速硬件電源方案才能追趕上加速市場的增速？日前,，MPS大電流模塊產(chǎn)品經(jīng)理?xiàng)詈銥橛浾呓馕隽思铀儆布娫捶桨傅内厔?，與此同時(shí)介紹了MPS針對這一應(yīng)用的相關(guān)新品。
加速硬件電源的四大趨勢
“對于這種加速硬件對于電源方案的趨勢,，我們總結(jié)成為： 迅捷,、高效、集成化,、可拓展”,，楊恒將加速硬件電源方案的未來發(fā)展總結(jié)為這四種趨勢。
迅捷代表著加速電源需要有更高的響應(yīng)速度以適應(yīng)更大的動態(tài)跳變,，同時(shí)整個(gè)電源的解 決方案的開發(fā)速度應(yīng)該適應(yīng)更短的研發(fā)周期,。
高效代表著加速電源需要提供超高效率，以應(yīng)對更加緊湊的硬件設(shè)計(jì),。因?yàn)榧铀倏ǖ脑O(shè)計(jì)非常緊湊,，其密度會越來越高。
集成化代表著加速電源需要提供全集成的模塊化的設(shè)計(jì),，以減少占板面積,。另外，集成化還體現(xiàn)在多路輸出電源中,，多路輸出電源模塊靈活匹配日趨復(fù)雜,，需要集成度更高的加速芯片
可拓展代表著加速電源需要更靈活搭配多種加速環(huán)境和應(yīng)用，這是因?yàn)榇髷?shù)據(jù)和人工智能在加速發(fā)展過程中,，期間會涌現(xiàn)一批此前完全沒有的應(yīng)用,，所以擁有這種特性即可迅速適配全新的應(yīng)用。
加速芯片供電架構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜
在加速硬件的不斷革新之下,，加速芯片的供電架構(gòu)也日趨復(fù)雜,。楊恒表示，由于加速硬件在人工智能和大數(shù)據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛,，所以各大加速芯片廠家也紛紛采用更先進(jìn)的工藝推出集成度更高的加速芯片,。
“以FPGA為例,，幾年前看到的FPGA的工藝制程是28nm，之后迅速推廣到了16nm,，現(xiàn)在最新一代針對加速核心市場的加速卡已采用最先進(jìn)的7nm制程”,，他表示，更先進(jìn)的制程可使其在同樣尺寸內(nèi)加入更多的邏輯單元,，同時(shí)由于加入了更多的邏輯單元,，芯片的整體功率也越來越大。由于更先進(jìn)制程的使用,，對于核電壓的要求越來越低,。
“由于加速芯片廠商為了提供更復(fù)雜功能的加速芯片，提供更完善的功能,，F(xiàn)PGA內(nèi)部也集成了更多的功能單元,，除加速邏輯單元以外，還會集成ARM處理器,、DSP等,，加入專門優(yōu)化過的加速引擎”，他認(rèn)為,，越來越高度化的集成會造成針對加速芯片的電源解決方案越來越復(fù)雜，方案需要不同電壓,、不同路的多路輸入,，這種情況下電壓軌會越來越多。
“為應(yīng)對不同的加速應(yīng)用,，同一個(gè)系列下的芯片會針對不同應(yīng)用做出不同的優(yōu)化,，這種優(yōu)化就會造成加速芯片的電壓軌和輸入的電流各不相同。即便是同一款加速芯片,，在不同應(yīng)用場合使用到的內(nèi)部的邏輯資源也是不同的”,，他強(qiáng)調(diào)，隨著應(yīng)用的不同,，電源解決方案的電壓軌數(shù)量和電流也是各不相同的,。
另外，加速芯片的供電架構(gòu)還有一個(gè)趨勢便是大動態(tài),，這種大動態(tài)是隨著應(yīng)用調(diào)用相關(guān)資源,。
MPS方案具備的優(yōu)勢
楊恒為記者舉例了一個(gè)典型的加速芯片對于輸入電流和輸入電壓的要求和波形。典型的輸入電壓為0.72V,，需要的滿載電流是180A,。為滿足應(yīng)用環(huán)境中資源調(diào)用，就要求負(fù)載跳變達(dá)到0A-100A,，這是一個(gè)很大的動態(tài),。與此同時(shí),，di/dt（上升沿）也會達(dá)到非常快的速率,，假如迅速從資源中增加邏輯門的調(diào)用,，電壓轉(zhuǎn)換速率就會非常快,，所以造成了FPGA核供電對大動態(tài)的要求,。
因此，在對大動態(tài)電流要求如此嚴(yán)苛的背景下,，輸出電壓不能出現(xiàn)太大的波動,，典型的峰峰值應(yīng)要求的控制在<+/-3%之間。為了滿足這種要求,，MPS的COT控制架構(gòu)是極具優(yōu)勢的,，在這種多相并聯(lián)的應(yīng)用下MPS使用的是多相的COT，可在大動態(tài)環(huán)境下實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率,。
不同加速應(yīng)用越來越多的出現(xiàn),，實(shí)際上加速卡是基于應(yīng)用來優(yōu)化和設(shè)計(jì)的，假如加速卡廠家不能及時(shí)推出新的設(shè)計(jì),，就有可能錯(cuò)過某一個(gè)應(yīng)用,，這就對加速卡廠商研發(fā)時(shí)間提出了非常高的要求。
傳統(tǒng)分立電源解決方案要從選型和采購開始,，挑選各種器件,，根據(jù)不同的電感/電容選擇合適的環(huán)路補(bǔ)償，這些都是非常耗時(shí)的,。原理圖和布局設(shè)計(jì)也是比較復(fù)雜,，這種較為復(fù)雜的流程下，就有風(fēng)險(xiǎn)的可能,，出現(xiàn)多次制板的驗(yàn)證,。
楊恒表示，MPS的電源模塊解決方案能夠極大地縮短加速硬件的開發(fā)周期,，這種方案可以實(shí)現(xiàn)1周內(nèi)完成選型和采購,，2周內(nèi)完成原理圖和PCB布線，之后即可直接制板和組裝,。這是因?yàn)镸PS的電源模塊進(jìn)行了高度的集成和優(yōu)化,，客戶上板后無需再做額外選型和采購，極大簡化了原理圖和PCB 布線,。對于加速廠商來講這些優(yōu)勢是非常重要的,，賦能廠商應(yīng)對新加速應(yīng)用的環(huán)境。
一口氣發(fā)布6款單路和四路新品
在新產(chǎn)品方面，楊恒首先展示了其MPM3695-100大電流可擴(kuò)展模塊,，并介紹了這款產(chǎn)品是如何應(yīng)對加速硬件的挑戰(zhàn)的,。
MPM3695-100支持4V-16V 輸入，0.5V-3.3V 輸出,，支持最大100A的輸出電流,。這款產(chǎn)品將功率控制IC、電感電阻被動元件等一切全部集成在15x30mmBGA的封裝之中,，對于外部元件的要求是非常簡潔的,，基本上只需要輸入和輸出電容。與分立方案相比可以最多降低70%的占板面積,。因?yàn)楦叨燃苫?，產(chǎn)品還是一個(gè)數(shù)字模塊，具有數(shù)字可編程功能和MTP,，客戶可以去優(yōu)化其配置,，之后MPS可以提供提前編好的模塊再出貨給客戶。
MPM3695-100在典型的12V輸入1V輸出下,，能夠最高效率可以達(dá)到90%,，同時(shí)還可通過簡單的信號線互聯(lián)，從一個(gè)100A的解決方案拓展到800A,，這對于加速卡應(yīng)用來講是非常友好的,。
MPM3695-100基于Constant‐on‐Time技術(shù)，擁有超高速動態(tài)響應(yīng),。在動態(tài)的時(shí)候可以針對時(shí)鐘頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),，可以極大地增加產(chǎn)品的動態(tài)響應(yīng)，減少輸出電容的尺寸和數(shù)量,。通過測試兩個(gè)3695-100模塊并聯(lián)的demo板，產(chǎn)品可以很快響應(yīng)輸出電流動態(tài),，同時(shí)能夠保證輸出電壓不超過+/-3%的偏移,。
楊恒展示了分立方案和MPM3695-100在應(yīng)用上的示例圖，可以看出典型的100A分立方案,，使用控制器+DrMOS,，因?yàn)?00A需要4顆DrMOS，每顆DrMOS都需要很復(fù)雜的外部元件,。另外,，控制器本身需要比較復(fù)雜的外部元件。
相比起來,，MPM3695-100可以極大地簡化外部電路的設(shè)計(jì),，基本 只需要一個(gè)分壓電阻、輸入和輸出電容，就可以做到100A的解決方案,。
從PCB布板角度來看,，MPM3695-100的典型的Layout采用BGA封裝的，其輸入的BGA焊球和輸出的BGA焊球位置都是比較優(yōu)化的,，信號線的位置均放在其旁邊,。這種情況下，可以非常簡單地?cái)U(kuò)展到800A的解決方案,，使用8顆 MPM3695-100的模塊即可輕松構(gòu)建800A解決方案,。
從高集成性上來講，MPM3695-100可以集成所有電源解決方案需要的元器件,，能夠極大改善客戶電源解決方案在板尺寸的問題,。另外，多路集成的電源模塊可以非常靈活地匹配各種不同的加速芯片應(yīng)用,，極大地減少電源解決方案在加速硬件板卡的占板面積,。
除了單路大電流可擴(kuò)展產(chǎn)品，MPS還推出的業(yè)界首款四路25A可拓展電源模塊MPM82504,，其支持4V-16V 輸入,，0.5V-3.3V 輸出。這款產(chǎn)品的最大優(yōu)勢就是提供了四路25A輸出電流,，并且四路之間或模塊之間能夠任意并聯(lián),，這種靈活的解決方案非常適應(yīng)高速發(fā)展的加速卡應(yīng)用的環(huán)境。值得一提的是,，這款產(chǎn)品也可以通過片間并聯(lián)來達(dá)到和MPM3695-100一樣的最多800A的輸出電流,。
楊恒表示，因?yàn)槎嗦份敵鲈诩铀倏☉?yīng)用場景非常有優(yōu)勢,，同時(shí)看到客戶的接受度也是非常高的,，因此一口氣推出多款電源模塊新品。
在多路輸出的電源模塊的系列當(dāng)中,，MPS分為雙路輸出和四路輸出,，雙路輸出方面曾推出3690-20A、3690-30A和3690-50A三款產(chǎn)品,，三款產(chǎn)品是Pin-to-Pin的,，分別提供了雙路13A、雙路18A和雙路25A的輸出能力,。而MPS針對雙路電源模塊會同時(shí)發(fā)布對應(yīng)的一個(gè)單路產(chǎn)品,，具體而言本次發(fā)布了26A的MPM3690-30B和50A的MPM3690-50B新產(chǎn)品。
四路輸出電源模塊新品方面,，則是電流從低到高分別為四路5A的MPM54504,，雙路12A+雙路5A的MPM81204,，4路25A的MPM82504，這三款新產(chǎn)品均搭載了MPS的特有COT控制模式,，均具有高度集成化和超高的效率,，非常適用于加速核心供電。
