Direkte Umwandlung auf 6 VDC Microchip und Navitas präsentieren Stromversorgung für 800-VDC-Rack

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Das Referenzdesign für die direkte Wandlung von 800 auf 6 Volt Gleichstrom soll die Rack-Stromversorgungen für KI-Rechenzentren nach dem 800-VDC-Standard des Open Compute Project (OCP) ermöglichen.

Das Referenzdesign von Microchip Technology und Navitas Semiconductor kombiniere digitale Leistungssteuerung und hardwarebasierte Sicherheit von Microchip mit GaN-Leistungshalbleitern von Navitas. Mit leistungsstarken GPU-Clustern, so die Anbieter, verlagere sich die Branche hin zu 800-VDC-Architekturen für die Stromverteilung im Rack.

Das Ziel: Den Strom effizienter verteilen, die Leistungsdichte erhöhen und kommende Serverdesigns mitdenken. Das Referenzdesign soll Entwicklern helfen, diesen Übergang umzusetzen. Es besteht aus Referenzhardware, Software und Designdokumentation. Damit sollen sich Entwicklungsrisiken und -zyklen verringern lassen.

Direkte Wandlung in einer Stufe

Kern des Designs ist ein Power Distribution Board (PDB), das die Spannung direkt von 800 auf 6 VDC (Volt Direct Current; zu deutsch Volt Gleichstrom) wandelt. Es fasst damit die sonst getrennten Stufen von 800 auf 50 VDC und von 50 auf 6 VDC in einem einzigen Wandler zusammen. Laut Anbieter kann so der Gesamtwirkungsgrad eröht werden.

Primärseitig kommen 16 GaNFast-FETs des Typs „NV6034“ von Navitas (650 V, 17 mΩ) in einer Stacked-Halbbrücken-Topologie zum Einsatz. Das beidseitig gekühlte DFN8×8-Gehäuse verringert nach Herstellerangaben den Wärmewiderstand und erlaubt so höhere Dauerleistung bei gleichbleibend hohem Wirkungsgrad. Das PDB soll bei Volllast und 1 MHz Schaltfrequenz einen Spitzenwirkungsgrad von bis zu 96 Prozent erreichen. Die Leistungsdichte gibt der Anbieter mit 2.100 W/in³ an. Die flache Bauweise, nach Herstellerangaben etwa 20 Prozent niedriger als ein Mobiltelefon, soll eine enge Integration in das GPU-Board ermöglichen. Das wirke sich positiv auf Transientenverhalten und Effizienz der Stromverteilung aus.

Digitale Steuerung mit dsPIC33AK

Für die Regelung setzt das Design auf die digitalen Signalcontroller (DSC) der Serie „Dspic33ak“ von Microchip. Der „Dspic33ak256mps306“ basiert auf einem 32-Bit-Core mit 200 MHz und einer Gleitkommaeinheit mit doppelter Genauigkeit. Hinzu kommen hochauflösende PWM-Einheiten (Pulsweitenmodulatoren) mit 78 ps Auflösung sowie mehrere 12-Bit-A/D-Wandler mit bis zu 40 MSPS. Die Controller sollen eine deterministische digitale Leistungssteuerung für hochfrequente DC/DC-Wandlung ermöglichen.

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Hardware-Root-of-Trust mit TA100

Für die Sicherheit vernetzter Stromversorgungen ist der „Security-IC TA100 CryptoAuthentication“ vorgesehen. Er soll eine Hardware-Root-of-Trust für Authentifizierung, Secure Boot und geschützte Firmware-Updates bereitstellen. Unterstützt werden Microchip zufolge unter anderem Code-Authentifizierung, die Generierung von Message Authentication Codes (MAC) und verschiedene Schlüsselverwaltungsprotokolle wie TLS. Entwickler müssen diese Funktionen damit nicht selbst von Grund auf implementieren.

Die Bausteine bieten außerdem Bibliotheksunterstützung für Post-Quanten-Kryptografie-Algorithmen, die in der Commercial National Security Algorithm (CNSA) Suite 2.0 empfohlen werden. Hinzu kommen hardwarebeschleunigte Kryptografie-Funktionen für vernetzte Echtzeit-Steuerungsanwendungen.

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