← 返回
拓扑与电路 ★ 4.0

一种用于高性能计算的垂直供电架构

A Vertical Power Delivery Architecture for High-Performance Computing

查看原文 · IEEE Xplore DOI: 10.1109/TPEL.2025.10848125
作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 拓扑与电路
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 垂直功率传输 电压调节器板 系统计算性能 效率 服务器主板
语言:

中文摘要

对于高性能计算系统而言，电力传输正变得尤为关键。本文实现了一种具有高传输效率和系统计算性能的新型垂直电力传输（VPD）架构。通过盲孔/埋孔工艺制作了一块 12 - 1.83 V 的电压调节器（VR）板。基于 VR 板与主板的兼容设计，将该 VR 板直接与服务器主板组装在一起，形成了一个计算系统。静态输出和瞬态响应测试表明，VPD 原型具有卓越的稳定性。经证实，该原型的峰值效率和满载效率分别为 93.0% 和 91.5%，优于横向电力传输（LPD）以及以往的相关报道。这种 VPD 设计还能直接为中央处理器供电。因此，为评估所构建的 VPD 在实际服务器环境中的应用，进一步对系统计算性能进行了研究，测得 VPD 系统的基准分数为 15538，高于 LPD 服务器（14599）。路径电阻（<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">R</i><sub xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">path</sub>）仿真结果显示，这些卓越性能归因于电力分配网络电阻的降低。最后，将 VR 板的制造工艺拓展应用到主板上，便于在服务器主板背面直接组装功率转换器。所构建的 VPD 实现了可扩展的效率。

English Abstract

Power delivery is becoming especially critical for high-performance computing system. This article realizes a novel vertical power delivery (VPD) architecture with high delivery efficiency and system computing performance. A 12–1.83 V voltage regulator (VR) board is built via blind/buried via process. Based on compatible design of VR board and mainboard, this VR board has been directly assembled with a server mainboard to form a computing system. Static output and transient response tests indicate superior stability of VPD prototype. Peak and full load efficiencies of prototype are confirmed to be 93.0% and 91.5%, respectively, better than lateral power delivery (LPD) and previous reports. This VPD design also enables direct power supply to central processing unit. Therefore, system computing performances have been further investigated to evaluate application of built VPD in real server environment, and benchmark score of VPD system is acquired to be 15 538, higher than LPD server (14 599). The superior performances can be attributed to reduced power distribution network resistance, revealed by path resistance (Rpath) simulation. At last, we have extended the manufacture process of VR board into mainboard, facilitating direct assembly of power converter on back side of server mainboard. The built VPD realizes scalable efficiencies.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看，该垂直供电架构（VPD）技术虽然聚焦于高性能计算领域，但其核心理念与我们在光伏逆变器、储能系统中追求的高效功率转换目标高度契合。论文展示的12V至1.83V电压调节器通过盲埋孔工艺实现93%峰值效率和91.5%满载效率，这种垂直集成设计思路对我们的产品架构优化具有重要启发意义。

在储能系统领域，该技术的价值尤为突出。当前我们的储能变流器（PCS）面临功率密度提升和热管理优化的双重挑战，VPD架构通过缩短配电网络路径降低路径电阻（Rpath）的设计理念，可直接应用于多电平功率模块的布局优化。特别是在大型工商业储能和电网侧储能项目中，若能将功率器件与控制电路采用垂直堆叠方式集成，预计可减少5-8%的传输损耗，同时显著缩小系统体积。

对于光伏逆变器产品线，该技术展示的瞬态响应性能提升对应对电网扰动和MPPT快速跟踪具有实际意义。论文中提到的主板背面直接组装电源转换器的工艺延伸，与我们正在探索的模块化逆变器设计方向不谋而合。

然而技术迁移面临挑战：盲埋孔工艺的成本控制、户外恶劣环境下的可靠性验证、以及与现有生产线的兼容性都需深入评估。建议我们的研发团队重点关注其PDN阻抗优化方法论，结合新能源设备的宽输入电压范围特性，开展针对性的功率架构创新研究，这将为下一代高功率密度产品提供重要技术储备。