編者按：隨著全球數字經濟的不斷發展，數據計算任務快速爆發，讓承載云計算應用的各類型數據中心與私有服務器對于數據處理的需求與速度更是到達了前所未有高度，由此出現了各類計算加速芯片與加速硬件，這些又對其電源供電系統的性能需求提出了更高的要求。
日前，MPS公司推出了聚焦于大電流與多輸出應用場景的電源模塊產品，給數據中心以及硬件加速卡提供了全新完整的電源解決方案。
傳統的基于CPU的軟件處理和加速，已經無法滿足基于人工智能和大數據的計算需求。為了解決數據處理的瓶頸問題，就出現了很多基于GPU、FPGA，ASIC等加速芯片的加速硬件，用來增加數據處理的帶寬和速度。
看到加速卡市場的巨大潛力，現在各大加速芯片的制造商也推出了各種基于他們自家芯片的硬件加速卡。數據中心和云計算對于這種加速卡的應用越來越多，那么這種加速卡的越來越廣泛的應用，也給電源設計方案提出了更多的挑戰。
MPS公司大電流模塊產品經理楊恒詳
加速硬件電源四大趨勢
為了應對加速硬件對于電源供電的需求，電源解決方案正在向著高響應、高效、集成化、可拓展四個特征方向創新。MPS公司大電流模塊產品經理楊恒詳細解釋了上述四大趨勢。
1、高響應
要從兩個方面理解“高響應”這一特征，首先是指電源的解決方案需要有更高的響應速度以適應更大的動態跳變，同時整個電源的解決方案的開發時間應該能夠滿足企業需求，以適應更短的加速硬件的研發周期。
2、高效
高效就是指高效率的電源解決方案，以應對更加緊湊的硬件設計。
加速卡的設計非常緊湊，密度會越來越高，就需要電源廠商能夠提供全集成的模塊化設計，這種模塊化設計需要集成電源管理的芯片、功率管以及電容電阻類的被動元件，這種高集成化就可以極大程度地減少在客戶板上的占板面積。
3、集成化
電源解決方案集成化是指要有多路輸出能力，要在同一個封裝內加入多個輸出，這種多路輸出會靈活地匹配日趨復雜、集成度更高的加速芯片。
4、可拓展
可拓展的電源方案可以更靈活搭配多種加速環境和應用。
大數據和人工智能是在一個加速發展的過程當中，在這一過程中就會涌現出一批之前完全沒有出現過的應用，所以電源解決方案就需要足夠靈活性，可以迅速地適配之前沒有出現過的新應用。
MPS公司的應對之策
面對加速卡應用針對電源解決方案提出的四大挑戰，MPS公司通過積極的技術創新加以應對。MPS公司大電流模塊產品經理楊恒詳表示，全新的MPS電源模塊聚焦于大電流與多輸出應用場景，給數據中心以及硬件加速卡提供完整的電源解決方案。
1.、PS獨特的COT（constant-on-time）以及MCOT(multi-phase constant-on-time) 控制方法，可以實現大動態負載下的高速響應 (Agility)，極大地減少了輸出電容的數量，減低了客戶的BOM成本。
以MPM3695-100四模塊并聯應用為例，如圖一所示，對于12V輸入，0.75V輸出，0A-250A的負載大動態切換（100A/us），MPS電源模塊可以超快速響應，實現不超過+/-3%的輸出電壓偏移。MPS電源模塊的高響應速度幫助客戶完美解決了各類加速芯片對于輸入電壓精度的高要求以及由于計算負載切換而產生的大動態電流的矛盾。
2、MPS單晶圓多路輸出的芯片設計以及先進封裝工藝的應用，使MPS電源模塊在提供高效率轉換 （Efficient）的同時還具有高度集成性（Integration），從而減少客戶占板面積和成本。隨著人工智能在多領域廣泛應用，硬件加速芯片也在片內集成了更多的功能單元，如高帶寬內存（HBM），數模轉換器（ADC），加速引擎等。更高的加速芯片集成性對于供電系統的設計也提出了挑戰。加速芯片中的多個功能單元需要多路電源輸入，同時對于電壓、電流的要求也各不相同。假如使用多個分立的供電芯片或者模塊供電，會極大的增加電源部分的占板面積，使原本已經非常緊湊的加速硬件設計更為困難。為了應對以上挑戰，MPS推出了多種多路輸出電源模塊，采用先進封裝技術集成了多路輸出的功率芯片與被動元器件，提供了全集成的模塊解決方案。其中，業界首款四路電源模塊MPM82504完美地詮釋了這一優勢，如圖2所示，該產品為四路25A電源模塊，同時可實現并聯兩路，三路，四路，也可以多個MPM82504模塊并聯，實現更靈活的輸出組合。
圖2：MPM82504四路輸出可拓展電源模塊，支持多路并聯及多模塊并聯
MPS具有多種全集成多路輸出電源模塊，包括雙路輸出、四路輸出產品，為更多的應用提供了完整解決方案。圖3展示MPS多路輸出模塊的規格，其中雙路輸出模塊MPM3690系列產品有三種輸出規格可選，它的雙路EN/PG管腳可用作時序控制。四路輸出模塊MPM81204是一款雙路 12A / 雙路 5A 電源模塊，具有高速動態響應，外部元件極其簡單，非常適合5G 信號收發器等應用。當然還有曾榮獲“年度電源管理/電壓轉換器”稱號的MPM54304（首款帶數字電源管理功能的電源模塊），以及它的升級款MPM54504-四路5A電源模塊等一系列優秀產品。
圖3：MPS多路輸出電源模塊規格
3、多路可并聯電源模塊為加速芯片日益增加的電流需求提供了可拓展性（Scalable），為不同場景下多路電源及不同電流的需求提供了單一模塊的解決方案，進一步減少了客戶新產品的研發成本及時間，同時可快速匹配加速芯片廠商對于不同的加速場景所推出的各類芯片。由于各個芯片對于供電電流和電壓軌數量各不相同，加速硬件廠商需要針對不同的加速芯片重新設計電源方案，增加了產品研發時間和成本。為了實現加速硬件對于不同加速芯片供電方案的快速設計，MPS推出了多款可拓展的電源模塊。這樣，加速硬件設計師就可以重復使用單一電源模塊的設計，通過并聯電源模塊的多個輸出或并聯多個模塊來實現輸出電流的拓展。以MPM3695-100 為例，該產品可以由單模塊100A輸出擴展為：雙模塊200A，3模塊300A， 最多8模塊并聯800A輸出等供電方案，以支持更廣泛的系統要求。圖3展示了該模塊在8模塊并聯的應用。
圖4：MPM3695-100 8模塊并聯800A解決方案
在應對云計算與硬件加速對供電系統提出的四個趨勢上，MPS電源模塊優勢獨特，可以幫助客戶成功、快速地開發高集成性、可擴展、高效率的解決方案。作為一家全球領先的半導體供應商，MPS憑借敏銳的洞察力和豐厚的經驗可以滿足云計算硬件加速客戶的嚴格要求，提供的電源模塊方案可以全面覆蓋電壓與電流范圍。
