Ein 2400 W/in³ 1,8 V Bus-Konverter zur Ermöglichung der vertikalen Stromversorgung für Prozessoren der nächsten Generation

Die Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und im maschinellen Lernen führen zur Entstehung einer neuen Generation von ultra leistungsstarken grafischen Verarbeitungseinheiten (GPUs). Die neuesten GPU-Karten der Datacenter-Klasse sind mit Stromversorgungs-Schaltungen überlastet, die die traditionelle Zwei-Stufen-Architektur mit einer Zwischenbusspannung (IBV) von 12V verwenden. Die nächste Generation von GPUs wird voraussichtlich in Leistung und Gehäusegröße verdoppelt, was den Platz für die Stromversorgung weiter einschränkt. Kürzlich hat die vertikale Stromversorgungsarchitektur an Bedeutung gewonnen, um diese Herausforderung zu bewältigen. Dieses Papier konzentriert sich auf eine Zwei-Stufen-Lösung zur vertikalen Stromversorgung mit einer IBV von 1,8 V. Stufe 1 ist ein DC-Transformator, der 48 V auf 1,8 V heruntersetzt, und Stufe 2 ist ein hocheffizienter Spannungsregler (VR) mit 1,8 V/0,8 V, der unter der GPU gestapelt ist. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Design von Stufe 1 mit einem LLC-resonanten Konverter, der Soft-Switching bietet und somit hohe Frequenzen und eine hohe Leistungsdichte ermöglicht. Der Konverter ist mit einem Array aus 14 Transformatoren konzipiert, von denen jeder 60 A trägt und entlang der Kante des GPU-Pakets verteilt ist, um die Verluste im Stromverteilungsnetz (PDN) bei 1,8 V zu minimieren. Das Konvertermodul kann eine Effizienz von bis zu 95 % erreichen und weist eine Leistungsdichte von 2400 W/in³ auf.