48V架构大势已定，Vicor不惑之年迎来黄金时代水晶艺品

48V架构大势已定，Vicor不惑之年迎来黄金时代

1981年成立的Vicor，今年恰好是不惑之年。

子曰：四十而不惑。如今，四十岁的Vicor从容坚定，不为纷繁复杂的现象所迷惑，不为短期的压力所动摇，始终坚持自我，注重创新。立足于美国马萨诸塞州安多弗的小镇，Vicor每年的研发费用投入多达营收的16%，在四十年间，申请170多个专利，在配电网络、控制系统、组件、封装方面均有创新。

随着现有12V配电架构已不能满足终端产品对电力增加的需求，未来机柜内母线电压向效率更高，成本更低的48V转变的方向日益明显。其实早在2012年，Vicor便与谷歌合作开始建设第一代48V供电架构，机柜级采用48V，但仍采用12V输入的服务器主板。作为数据中心48V直流供电系统应用的先驱企业——电源厂商Vicor，早已在48V领域深耕多年，在市场发生剧变之前，其产品已经在市场上得以应用。并且经过市场检验，优化，已完成自我迭代，进化成为相当成熟稳定的产品。

机会留给有准备的人

Vicor的电源系统创新的四大支柱是创新的架构（分比式电源架构），先进的电源拓扑，控制系统，还有独特的封装系统。

Vicor的48V架构称为FPA(Factorized Power Architecture)，由两部分构成。前端为采用升降压拓扑结构的预稳压模块(PRM)，后端为采用专利正弦幅值变换器(Sine amplitude converter)的电压变压模块(VTM)。VTM采用零电压、零电流的软开关技术，具有领先的功率密度，并且其噪声比传统的12V VR低一个数量级，因此可以放置在非常靠近CPU的地方，进一步减少电源输出端到CPU电源引脚间的功率损耗。

48V已经被市场所接受，这是一个非常明确的转变趋势。比如今天的OCP，中国标准天蝎计划，以及汽车领域的许多标准，48V已经越来越多地出现在这些行业标准中。未来，我们能够看到48V会在包括云计算、高性能计算、AI等领域里面出现。Vicor有远见，也有运气，很早就进入了48V领域里面。

Vicor高级现场应用工程师杨周介绍说：“Vicor电源产品在数据中心方向分为三大类，第一大类是跨越板上最后一英寸，就是给智能机器人CPU、GPU核心供电。第二大类是48V和12V的桥接，这个涉及到两个系统之间的过渡，所以有这样一个桥接的模块。第三大类是高压电直流电模块和AC/DC直流电模块。”

从数据上说话，从2000年至2020年、2021年，CPU、GPU和AI芯片靠电明显迅速上升，这个趋势很明显，为什么呢？其实就是因为大家都在追求算力的提升。只有算力提升，CPU的性能才能最先进，算力的提升伴随着电流迅速增长，对应的靠电电压就缓慢下降。在2020年、2021年的交接点，电流大概在1200A，靠电电压大概在0.7、0.8。台积电、中芯国际都在提升vifer的制程，这样对应的晶体管的数量会越来越多，单位面积非常多，对应的电流增长，制程越小，对应的晶体管承受的电压率越低，未来这个趋势还会持续往下走。在这种情况下，我们可以看到低电压大电流的需求，对我们电源设计的挑战未来会持续存在，而且会越来越具有挑战性。

两大方案解决电源设计新挑战

伴随低电压大电流的挑战，我们发现PCB空间的局限性，随着性能的发展，产品会要求在PCB板子不变，或者缩小的情况下，提升几倍性能。比如OEM卡上，CPU和两个connector占据了一半的空间，留给电源设计的空间和其他器件空间非常小。如果提高速度与算力，除了CPU之外，拼的就是内存，内存越大速度越快，所以这个板能放下其他的器件就少了。

杨周认为在12V传统的电压架构，比如服务器的板子，它的CPU旁边会有12V，下面再加上个大电感，这个储能能不能做得很小，或者说供电转化模块能不能做到非常小，非常薄，这很重要。Vicor创新地解决了距离CPU到负载点的损耗问题。在原来的PCB板子上，直接把供电转化模块贴到CPU上面去，这样的Last inch（最后一英寸）就去除了，也就不用担心损耗了。

杨周进一步指出，高速互联芯片需要一些连接器。CPU集群的设计方案，这个CPU集群是一个Vifer水平的CPU集群，一个12英寸的Vifer，这个Vifer晶圆不去切割，它在Vifer上把所有的CPU内存都做在了上面，它把整个Vifer当作了一个服务器集群，这样的好处是什么呢？CPU的互联更方便了，高速互联芯片的传输更快了。在这种情况下，我们的电源设计怎么办？其他的器件放哪里了呢？每一个CPU都需要电源转化300A，这种情况下大家可以很明显看到未来对PCB空间的限制对于电源设计是一个巨大的挑战。

在低电压大电流，PCB空间受限的情况下，Vicor模块化的电源方案能够在这两个方面给出完美的方案。杨周解释道，第一个是Lateral电源方案，分比式电源架构的第二级，大家看到这里有三个模块，前面小的是第一级，可以放的很远，或者靠边去都没有问题。但第二级功率转换部分，我们的输出端是低电压大电流，输出端贴在CPU的旁边，如果这个板子上面CPU还有空间，我就贴在CPU旁边最近的地方，这样的情况下可以尽量地减少last inch，占用空间非常小。第二个是垂直电源方案，如果板子上没有多少空间，CPU旁边放不了器件，就可以采用Vicor的这个方案。将电源模块封装在一起，贴在CPU的对面，既节省空间，最后一英寸也没有了。

完美互转48V和12V的桥接模块NBM2317

现在我们可以看到48V是方向，但是现在传统的数据中心里面，90%的服务器仍是12V，发展得最快的是AI芯片OAM卡、NVIDA加速卡，包括整体AI边缘计算的服务器，它的功率密度特别高，已经升级到48V。但是现在的48V边缘计算和传统的机房还要一起用，还要混搭，比如像英特尔CPU搭配NVIDA加速卡经常会用到，所以12V和48V需要中间转化的一个模块。

有可能需要12V升压到48V，有可能由48V降压到12V。在这种情况下，Vicor提供了很好的解决方案，就是模块NBM2317。它的输入和输出可以反向，比如你给它48V的输入，会自动输出12V，如果在输出端给12V，另外一端会自动出48V。这个过程中外围线路不用做任何改变，升压也好，降压也罢，效率可以做到98%。这个功率密度特别高，可以对现在市场上其他电源模块有70%功率密度的提升。英特尔的OAM加速卡上面就用到了NBM2317，48V转12V，750瓦，Vicor很快也将推出1000瓦的产品。

优秀的高压电直流电模块和AC/DC直流电模块

从数据看市场的情况，我们看到的问题是整个机架服务器之间的功率遇到了挑战。虽然从2000年至2010年基本上没有什么变化，一直保持在10千瓦左右，但是从2010年开始，机架功率猛地往上涨，尤其是2015年以后。到了2015年这个时间节点，包括CPU、GPU、AI芯片的需求迅速增长。2020年可以看到机架功率高的能达到200千瓦。在这么大的功率需求情况下，按照以前，一个提供200千瓦的机器可能几间屋子都放不下，现在却要求200千瓦都放在一个机架里，这对于供电绝对是个很大的挑战。

在这种情况下，Vicor希望用一些更高功率密度的模块去重新摆放这个机架上的电源。传统的电源方案还是CRPS电源，它的功率密度提升的慢，但是用Vicor电源，可以在机架里一层一层去平铺模块，它占的体积很小，或者放到机架的侧面，其他大的空间留给算力去应用，或者放在机箱里面，散热效率好，这个模块铺在一起，占的体积空间是非常小的，Vicor相信这样的解决方案能够在未来流行。Vicor提升模块的功率密度，给整个计算系统留更多的空间做其他的算力，让更小的空间提高更高的功率。

Vicor与其他厂家的解决方案有两个差别。杨周介绍说，一个是高压直流的电源模块。Vicor输入的是380V直流，输出的是48V叫BCM6135，这个其实也是我们对Vicor分比式电源架构的典型应用，它是第二级，是固定比例转化模块。一个是交流直流电源模块。Vicor认为现在传统的交流还是单向的方案，220V转12V转48V，但其实在这样高功率密度的情况下，不应该再用单向的220V，而应该是三向的交流电直接给过去，这样才能达到高功率密度。在这个情况下，Vicor推出了一款产品PFM9280，PFM9280其实是5000瓦的功耗，92 mm×80 mm×7.5mm，相当于一个iPad大小。Vicor不断提升模块的功率密度，给整个计算系统留出更多的空间做其他的算力，让更小的空间达到更高的功率。

未来48V将广泛出现在工业、机器人、无人机、LED、汽车、数据中心、轨道交通、ATE等领域，并且随着谷歌宣布加入OCP，极大促进了48V产业链的生态完整，表明数据中心供电架构在稳步朝着48V的方向前进。我们已经看到很多国内服务器厂商已经推出了关于48V直流输入的服务器验证机。

Vicor正通过成熟的高性能、高密度的模块化电源解决方案，帮助市场解决48V供电的问题。相信2021年，Vicor将迎来属于自己的黄金时代。正如Vicor中国销售总监、数据中心及超级计算负责人陈新军所说，Vicor会是一个有益的推动者，不管是在数据中心，还是在汽车等的各个行业，Vicor都会不遗余力地贡献自己的技术。Vicor将不断向外扩展，让世界听到自己的声音。

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