利用前沿技术满足 AI 服务器的用电需求

作者： Microchip Technology

随着人工智能 (AI) 在蓬勃发展，AI 服务器的电能要求变得越来越重要。AI 应用应用在迅速增长，需要采用先进的解决方案来有效地管理和优化电能消耗。

AI 服务器是大量数据处理过程中不可或缺的设备，但是需要消耗大量电能才能高效运行。电能需求的激增对数据中心提出了挑战，我们必须在性能和可持续性之间找到平衡。为此，我们正在开发创新技术，以提高电能效率并减少 AI 运行对环境的影响。

其中一项进展是采用先进的电源管理系统。电源管理系统旨在根据工作负载以动态方式调节用电量，以确保电能的最优利用。通过利用实时数据和预测性分析，这些电源管理解决方案可在不影响性能的情况下显著降低能耗。

此外，高效率电源和先进冷却技术的结合对于最大限度地减少用电量具有关键作用。现代电源采用效率更高的设计，减少了电能浪费。同时，相比传统的风冷，如液冷等先进的冷却方法具有出色热管理能力，进一步提高了电能效率。

Microchip Technology 走在了这些创新的前沿，推出一系列旨在满足 AI 服务器电能需求的产品和解决方案。他们致力于开发高效节能技术，为更可持续的 AI 运营铺平道路。

用于AI 服务器的功率器件技术的进步

通过降低电阻、加快开关时间和增强热性能，包括 MOSFET 和栅极驱动器在内的功率器件技术的最新创新显著提高了电源转换效率。服务器电源单元 (PSU) 现在采用诸如碳化硅 MOSFET 和氮化镓 FET 等先进的宽带隙器件，从而实现了更高的开关频率，减少了对磁性元器件的需求。此外，服务器 PSU 正在从传统机械式继电器过渡到固态继电器，后者具有更小的封装和占用面积、更高的可靠性以及更优的高温性能。

对具有DSP 功能的高级控制器的需求

具有集成数字信号处理 (DSP) 功能的单片机 (MCU) 在这一技术发展中至关重要。这些先进的 MCU 运行可优化电源管理的复杂算法，从而实现了对电源性能的精确控制。通过实时数据处理，这些 MCU 可以适应 AI 服务器的波动式功率需求，以确保高效配电。Microchip 的 dsPIC® 数字信号控制器 (DSC) 专为满足 AI 服务器和数据中心中 PSU 和配电单元 (PDU) 的严格电源转换和控制要求而设计。

dsPIC33 DSC 的关键特性

dsPIC33 DSC 对于数据中心的数字电源转换不可或缺，其双核版的每核运行频率高达 100 MHz，单核版的运行频率高达 200 MHz。该器件具有智能电源设计的专用片载外设，采用主副核独立功能设计。副核专攻延迟关键型算法，主核管理通信协议和系统功能。可配置 PWM 控制输入可支持各种电源拓扑，并且可进行实时固件升级。对于 GPU 电源，dsPIC DSC 采用带角锚的 4x4 mm 封装，使得砖形 DC-DC 转换器符合 IPC-9592B 规范，而且，其集成外设可降低 BOM 和系统成本。高速 PWM 支持功率因数校正、谐振转换、同步调节等复杂算法，从而提高了电源效率。这款器件还能实现强大的电源监控和预测性维护功能，并通过精确测量、先进的控制算法、数据分析和故障管理，确保数据中心的正常运行时间。

用于数字电源转换的dsPIC DSC 特性

这款控制器支持各种通信协议，可实现无缝集成；具有快速 ADC 和中断功能，可实现快速故障检测和响应。通过精确的电源转换控制并最大限度地减少电能浪费和发热，dsPIC DSC 可提高 AI 服务器和数据中心的电能效率。这款器件提供了不同的存储器容量、引脚数和外设选择，支持扩展、定制设计。Microchip 支持使用 MPLAB X IDE 等软件库和工具进行开发，高性能 DSP 引擎和专用外设通过最少的外部引脚实现高级数字控制环路。

Microchip 的 dsPIC33A DCS。（图片来源：Microchip）

新型 dsPIC33A 核心如何实现数字电源转换

AI 服务器等高级应用需要高效的电源管理、严格的安全性和功能安全措施，因此高性能的 DSC 成为必备器件。这种需求推动了如 dsPIC33A 等此类器件的开发，其增强型 CPU 可在更高的时钟速度下运行。这种 DSC 器件每秒可处理更多指令，实现了更快的响应时间和先进算法，这对于管理电能需求和提高数据中心效率极其重要。更强大的处理能力可支持先进的控制算法，提高了电源转换效率、稳定性。增强型监控功能确保了关键应用的可靠性。随着安全威胁的增加，实施固件证明和设备身份验证的加密技术变得至关重要，从而对存储器和性能提出了更高的要求。凭借满足现代应用需求的卓越性能、效率和灵活性，dsPIC33A DSC 对数字电源转换产生了重大影响。

结语

AI 服务器日益增长的电源需求带来了一项挑战，需要采用电力技术的前沿进展才能攻克。利用高效 MOSFET、先进的栅极驱动器和配备高性能和先进外设的 dsPIC DSC，可以开发出能够满足 AI 服务器密集电能需求的电源。在保持此类电源的峰值效率方面，数字电源转换和先进算法发挥着至关重要的作用。为了保持 AI 服务器技术的领先地位，行业领先厂商和数据中心运营商必须投资最先进的电源解决方案。采用这些先进的技术可确保 AI 服务器不仅性能卓越，还能以最佳的电能效率运行，为高性能计算更可持续、更具成本效益的未来铺平道路。

审核编辑 黄宇