CPU作為服務器數據處理的核心,引領著服務器平臺和產品的更新換代。Intel作為服務器CPU市場的翹楚,擁有約90%的市場份額。以Intel CPU為核心的服務器架構及其供電規范,一直以來都被世界各大服務器廠商廣泛采用。
眾所周知,Intel 服務器CPU的"Turbo”工作特性使其瞬時功率頻繁地在極短時間內大幅度變化。新一代的供電規范“VR13HC”,其CPU核心的 Turbo峰值負載電流將近500A,而谷值電流通常在100A左右,CPU核心將以上千A/us的速率進行數百安培的負載階躍跳變。如此嚴苛的負載條件,對供電方案是巨大的挑戰。放眼全球,能為Intel CPU提供供電方案的廠商屈指可數。
MPS公司作為電源芯片和供電方案提供商,在Intel平臺的服務器板級供電方案深耕多年,擁有為CPU、內存、PCH等核心部件供電的全套產品。
圖一展示了MPS面向Intel 平臺服務器的控制器產品布局。
圖一: MPS面向Intel平臺服務器的數字控制器
其中MP297x系列數字控制芯片是MPS為VR13HC量身打造的:
MP2975在QFN-40 (5mm x 5mm)的封裝下支持最高8相PWM輸出和相電流采樣,且相數可在兩路電壓輸出之間靈活分配,用于為CPU核心供電。
MP2978支持雙路最高4+1相工作,用于為DDR4內存組供電。
MP2976支持雙路1+1相工作,適合于為各組小電流power rail供電。
而增強版MP2972更是在QFN-48 (6mm x 6mm)的封裝下實現了多達12相的PWM輸出及相電流采樣,為CPU功率的擴展做好了準備。
圖二是MP297x系列控制搭配MPS高效率DrMOS(集成驅動Power MOSFET),針對Intel VR13HC主流平臺Whitley的典型應用。
圖二: MPS全套供電方案針對Whitley平臺的典型應用
可以看到,CPU有五組不同電壓的power rail。其核心 “VccIN”不僅功率高,且有Turbo特性,從而需要7組相互交錯并聯的DrMOS共同為之供電。MP2975額外的一相則可為另一路VccSA power rail供電。加上MP2978和MP2976,只需三個控制器即可為CPU的五組power rail供電。類似地,兩側的內存組分別只需一個MP2978控制器。圖三展示了此全套供電方案的EVB。
圖三:MPS VR13HC全套供電方案EVB
新一代MP297x系列控制器不僅兼容業內主流廠商的控制器封裝,其卓越的性能和簡單易用的特點更是得到Intel的充分肯定和歡迎,從而成為Intel官方多個標準參考設計的首選控制器。下文將帶大家進一步了解已在業內聲名鵲起的MP297x系列數字控制器。
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首先,MP297x系列控制器是支持雙路電壓閉環輸出的多相數字控制芯片。在業內同級別的控制器中,該系列控制器的外圍電路最簡潔,所需的輔助器件最少。
與此同時,只需通過調整控制器內部的寄存器便可適應不同功率等級的應用,而無需修改外部電路。這大大提高了客戶方案的兼容性,也縮短了客戶產品的開發周期。圖四為MP2975在雙路輸出且相數配置成7+1時的典型電路。
圖四:MP2975的典型電路(相數配置成7+1)
2其次,MP297x系列控制器采用MPS專利的改進型Constant On-Time數字控制策略,結合特有的非線性控制,既擁有良好的穩定性,又能適應嚴苛的動態負載工況。
相比于競爭對手,MP297x在同等硬件設計下擁有更好的動態特性。換言之,服務器廠商可用更少的外部器件(尤其是輸出電容)得到相同的性能,從而降低物料成本。
而另一方面,MP297x的環路調節非常容易。通過I2C總線,用戶只需在MPS的GUI中調整寄存器值,即可輕松改變環路靜態和動態特性。且數字化的環路使得不同相數下的特性可以分別優化。
值得一提的是,在Intel官方設計的驗證板上,MP2975是業內首個滿足VR13HC CPU動態負載要求的控制器,而MP2978則是業內首個滿足新一代DDR4內存動態負載要求的控制器。圖五展示了MP2975在VccIN power rail進行375A階躍負載跳變測試時的典型波形。Channel 4為輸出電壓VccIN;Channel 3為負載電流IccIN(通過電壓采樣)。
圖五:MP2975在VccIN power rail進行375A階躍負載跳變測試時的典型波形
3其他特性上,MP297x系列控制器可以輸出高達3MHz開關頻率的PWM。作為多相控制器,MP297x配備了Auto-Phase-Shedding、IVID、DrMOS Standby以及Low-Power-Mode等功能用于優化系統的輕載效率。數字化的load-line和環路補償使得客戶不必修改外部器件就可調節系統特性。各類輸入、輸出、溫度的監測和保護功能更是一應俱全,且全部通過數字化的方式配置和呈現。內置的NVM和Multi-Configuration功能可以同時將多套配置存儲在芯片中。各類實用功能不勝枚舉。
4另外,MP297x系列控制器不僅支持Intel的SVID協議,還兼容PMBus、AVSBus和PVID,可為通用的低壓大電流負載提供供電方案。
服務器性能的不斷提高是互聯網市場規模擴大和技術發展的重要硬件保障。而服務器性能的提升,不但要求其各個數據處理部件擁有更強的性能,也勢必需要更優越的供電系統。
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