Khi các trung tâm dữ liệu AI tiếp tục mở rộng để đáp ứng những cụm GPU công suất lớn, ngành công nghiệp đang chuyển sang kiến trúc cấp nguồn tủ rack 800V DC nhằm cải thiện hiệu suất phân phối điện, tăng mật độ công suất và đáp ứng yêu cầu của các thiết kế máy chủ thế hệ mới. Trong bối cảnh đó, Microchip Technology và Navitas Semiconductor (Nasdaq: NVTS) hợp tác phát triển một thiết kế tham chiếu 800V DC sang 6V DC dành cho các ứng dụng nguồn tủ rack AI tại trung tâm dữ liệu.
Nền tảng kết hợp công nghệ điều khiển nguồn kỹ thuật số và bảo mật của Microchip với các thiết bị nguồn gallium nitride (GaN) GaNFast của Navitas. Mục tiêu là cung cấp cho các nhà phát triển một phương án thực tế để triển khai chuyển đổi nguồn hiệu suất cao, phù hợp tiêu chuẩn Open Compute Project (OCP) 800V DC. Cùng với phần cứng, phần mềm và tài liệu thiết kế tham chiếu, giải pháp được xây dựng để giảm rủi ro trong quá trình thiết kế, rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm và tăng tốc triển khai hạ tầng AI thế hệ mới.
“Việc tối ưu hóa hạ tầng AI đang dẫn tới một trong những chuyển đổi kiến trúc nguồn điện quan trọng nhất mà lĩnh vực trung tâm dữ liệu từng trải qua trong suốt nhiều thập kỷ qua”, ông Joe Thomsen, Phó chủ tịch phụ trách bộ phận bộ điều khiển tín hiệu số của Microchip cho biết. “Khi hệ sinh thái này chuyển đổi sang các hệ thống nguồn tủ rack có điện áp cao hơn, các nhà phát triển cần có những giải pháp kiểm soát và bảo mật đã được kiểm chứng để hạ thấp rủi ro triển khai. Chương trình hợp tác của chúng tôi với Navitas kết hợp các năng lực điều khiển kỹ thuật số, bảo mật dựa trên phần cứng và chuyển đổi nguồn GaN tiên tiến để giúp khách hàng đưa hệ thống nguồn tủ rack 800V ra thị trường nhanh hơn”.
Thành phần cốt lõi của nền tảng tham chiếu gồm bộ điều khiển tín hiệu số (DSC) dsPIC33AK và IC bảo mật CryptoAuthentication TA100 của Microchip, kết hợp với các IC FET GaNFast từ Navitas. dsPIC33AK đảm nhiệm điều khiển nguồn kỹ thuật số ổn định cho quá trình chuyển đổi DC/DC ở tần số cao với hiệu suất cao, trong khi TA100 cung cấp nền tảng phần cứng tin cậy phục vụ xác thực, khởi động an toàn và cập nhật firmware được bảo vệ.
Sự kết hợp này tạo ra nền tảng điều khiển chính xác và bảo mật cần thiết cho các thiết kế nguồn OCP có kết nối. Dòng dsPIC33AK256MPS306 được trang bị lõi xử lý 32-bit tốc độ 200MHz, bộ xử lý dấu phẩy động (FPU) độ chính xác kép, bộ điều chế độ rộng xung (PWM) độ phân giải cao 78ps và nhiều bộ chuyển đổi Analog-to-Số (ADC) 12-bit có tốc độ lên đến 40MSPS.
Các thiết bị dsPIC33AK256MPS306 cũng hỗ trợ thư viện dành cho những thuật toán mã hóa hậu lượng tử được khuyến nghị theo tiêu chuẩn CNSA (Commercial National Security Algorithm) Suite 2.0, đồng thời tích hợp các chức năng mật mã tăng tốc bằng phần cứng cho thiết kế điều khiển thời gian thực có kết nối.
PDB sử dụng 16 × NV6034 GaNFast FET, điện áp 650V và điện trở 17mΩ, bố trí trong cấu trúc nửa cầu xếp chồng ở phía chính. Giải pháp làm mát hai mặt DFN8×8 giúp phát huy đặc tính của GaN bằng cách giảm điện trở nhiệt, qua đó cho phép hệ thống nguồn vận hành liên tục ở công suất cao hơn trong khi vẫn duy trì hiệu suất.
Ở trạng thái đầy tải với tần số chuyển mạch 1MHz, PDB có thể đạt hiệu suất đỉnh lên đến 96% và mật độ công suất 2,100 W/in³. Thiết kế có độ mỏng nhỏ hơn khoảng 20% so với một chiếc điện thoại di động, tạo điều kiện tích hợp sát với bo mạch GPU nhằm tối ưu hiệu suất quá độ và nâng cao hiệu quả phân phối điện.
Navitas cho biết cách tiếp cận ở cấp hệ thống giúp chuyển các cải tiến của công nghệ GaN thành lợi ích cụ thể về hiệu suất, mật độ công suất, hiệu suất quá độ và tổng chi phí sở hữu. Thay vì sử dụng hai bộ chuyển đổi riêng biệt, thiết kế chuyển đổi trực tiếp 800V DC sang 6V DC tích hợp cả giai đoạn 800V DC sang 50V DC và 50V DC sang 6V DC vào một bộ chuyển đổi, hướng tới hiệu suất đầu cuối cao hơn.
“Khi hạ tầng AI mở rộng để hỗ trợ các nền tảng tính toán có đòi hỏi ngày càng khắt khe, công nghệ GaNFast của Navitas là yếu tố quan trọng góp phần nâng cao mật độ công suất, hiệu quả và hiệu suất hệ thống”, ông Vipin Bothra, Phó Chủ tịch phụ trách Marketing Giải pháp Toàn cầu tại Navitas Semiconductor cho biết. “Bằng cách kết hợp vị thế dẫn đầu của Navitas trong lĩnh vực bán dẫn công suất với chuyên môn sâu về điều khiển kỹ thuật số của Microchip, chương trình hợp tác này đẩy nhanh tốc độ cung cấp các giải pháp cấp nguồn tiên tiến phù hợp với yêu cầu ngày càng cao của các trung tâm dữ liệu AI thế hệ mới”.
Khả năng bảo mật dựa trên phần cứng được tích hợp thông qua IC CryptoAuthentication TA100 của Microchip. Thành phần này cho phép nhà phát triển xây dựng nền tảng tin cậy phục vụ xác thực và bảo vệ hệ thống mà không phải tự phát triển lại toàn bộ các chức năng tương ứng từ đầu.
TA100 hỗ trợ xác thực mã phần mềm, bao gồm khởi động an toàn, tạo mã xác thực tin điện (MAC) và cập nhật firmware tin cậy. Thiết bị cũng hỗ trợ nhiều giao thức quản lý khóa như Bảo mật Lớp Truyền tải (TLS), cùng các hoạt động dựa trên con chip bảo đảm độ tin cậy (root-of-trust).
Với thiết kế tham chiếu này, Microchip và Navitas hướng đến việc tạo nền tảng phát triển các hệ thống nguồn tủ rack nhỏ gọn, điện áp cao và công suất lớn dành cho trung tâm dữ liệu AI. Thiết kế đi kèm bảng mạch, phần mềm và tài liệu tham chiếu, qua đó cung cấp cho nhà phát triển những tài nguyên cần thiết để thử nghiệm và rút ngắn thời gian triển khai hệ thống chuyển đổi nguồn 800V DC cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu AI.
