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- 효율, 밀도, 정전 및 노이즈 면에서 월등히 우수한 '분리형 파워' 아키텍쳐-

바이코 (www.vicorpower.com; 지사장 정기천)가 차세대 48V Direct-to-PoL (Point-of-Load) 전력 부품들을 출시했다. 저전압/고전류의 CPU, GPU, ASIC 및 DDR 메모리에 48V 전력 분배 버스로부터 전력을 공급하는 이 모듈들은 전례 없는 전력 밀도와 변환 효율을 가능케 하는 동시에 전력 분배로 인한 손실을 최소화 해 준다.

전력 변환 엔진, 제어 시스템 및 모듈 전원 기술 분야의 전문성을 바탕으로 한 바이코의 최신 48V 모듈은 구글이 48V 서버 및 분산 인프라 구조를 데이터 센터 표준으로 사용하자고 권장한 2016 Open Compute Project(“OCP”) Summit 직후 곧장 발표되었다.

바이코 사장이자 최고 경영자인 파트리지오 빈시아렐리 (Patrizio Vinciarelli)는 “48V 서버 인프라 개발을 통해 구글은 '그린 데이터 센터' 사업을 추진해왔다. 이번에 구글은 개방형 48V 랙 표준을 권장함으로써 글로벌 클라우드의 전기 부문의 면적을 줄이는 데에 성공했다” 고 말했다.

고효율, 고밀도의 가성 비가 높고 신뢰성 있는 전원 분산 기술은 는 데이터 센터 및 자율 운전 자동차와 LED 조명을 비롯한 각종전력 분산형 애플리케이션에 있어서 중요한 요소이다.

48V와 같이 특별한 안전 예방책이 필요 없는 고전압 분배 버스는 케이블 및 부스 바의 사이즈 절감, 전력 분산으로 인한 손실 절감, 그리고 저장용 캐패시터의 사이즈 절감 등의 장점을 제공한다. 그러나 기존의 기술로는 48V 버스에서 3.3V, 1.8V 및 0.8V등 저전압으로의 변환이나 95암페어급 고전류로의 변환 등을 효율적이고 컴팩트하게 처리해주지 못해왔다.

그 결과, CPU 전원 변환은 당연히 12V 배선에 의존할 수밖에 없었다. 그런데 12V 버스는 48V 버스가 전달하는 전류 보다 4배 많은 전류를 전달해야 한다. 분산에 의한 손실은 전달하는 전류 량의 제곱이므로 12V 버스에서 손실된 전력은 48V 버스에서의 손실보다 16배나 많아야 했다.

그러나 이번에 출시된 바이코의 48V Direct-to-PoL 제품군은 기존 12V 솔루션이 차지하는 공간의 일부분만을 사용하는 효율성을 제공한다. 이에 따라 시스템 설계자들은 높은 변환 효율성 및 고밀도 저 손실을 자랑하는 바이코의 '그린 분산 시스템' 솔루션들을 개발 단계에서 활용할 수 있게 되었다.

바이코가 출시한 차세대 48V Direct-to-PoL 모듈은 쿨 파워 PI3751-02벅 부스트, 프리 레귤레이터 모듈 (“PRM”) 그리고 VTM48Kp020x 전류 멀티플레이어 모듈 (“VTM”)로 구성되어 있다. PRM 은 48V분배 버스 (최고 입력 전압55V)로 부터 전력 입력을 받아 VTM으로 전압을 제공한다. VTM은 입력 전압의 1/24인 출력 전압을 생성해 CPU로 보낸 전류를 24배 이상 증폭시킨다.

이 PoL에서 48배 이상 증폭된 전류는 더 높은 팩터 전력의 효율성, 고밀도, 고대역폭 등을 전달해 팩터 전력의 특성들을 차별화시킨다. 원격 측정 및 디지털 제어가 필요한 CPU, GPU, ASIC 및 DDR4 메모리 애플리케이션에서 바이코의 PI3020 디지털 제어 및 원격 측정 소자는 VTM+PRM 과 함께 사용된다. PI3020 특성으로는 PMBus[a], 서버 처리 전력 VR13을 전폭적으로 지원하는 SVID 제어 인터페이스를 비롯해 VR12.5 및 VR12.0 설계와의 백워드 호환성 등이 있다.

10mm x 14mm 크기의 LGA 패키지로 실장된 MHz ZVS 벅 부스트 토폴로지를 활용하는 PRM 소자는 최고 240W를 98%의 효율로 전달한다. VTM의 MHz ZVS/ZCS 정현파 진폭 변환기 (“SAC”)는 전류 밀도 400 A/in2 이상의 몰드형 13mm x 23mm ChiP 패키지에서 95암페어의 최고 연속 전류와 190암페어의 피크 전류를 95% 의 피크 효율값으로 전달한다.

VTM 소자는 매우 낮은 출력 임피던스를 가지므로 사용자들은PoL로부터 많은 캐패시터들을 제거할 수 있게 된다. 또한 고전류 VTM 소자만 CPU에 근접해 장착해야 하며 PRM 소자는 이로부터 멀리 장착해야 한다. 기존의 벅 레귤레이터 솔루션들은 ‘터보’ 또는 ‘부스트’ 모드로 작동하는 CPU에 필요한 정전류 모두를 처리해야 했지만 VTM 소자의 자체 터보 모드는 최고 10 밀리 초 동안 해당 속도보다 최고 2배까지 빠른 연속 전류를 전달시킨다. 이로 인해 시스템 전력 밀도를 낮추거나 추가 비용 없이도 정전 CPU 작동 모드를 수용하게 된다.

바이코는48V Direct-to-PoL 전력 변환을 업계에서 최초로 시도했다. 이러한 결과 바이코의 최신 제품들은 각 세대마다 성능이 실질적으로 개선된 VTM 및 PRM 모듈 제품군을 확대시켜왔다. 지난 10년간 바이코는 매 2년 마다 평균 25%의 변환기 전력 손실을 감소시키며 전력 밀도를 높이는데 성공해왔다.

기존의 “멀티-위상”벅 레귤레이터를 사용한 솔루션과 비교할 때 바이코의'분리형 전원'은 효율, 밀도, 정전 및 노이즈 면에서 월등히 우수하다. 최근 한제 3자 연구에 따르면 VTM 소자의 노이즈 스펙트럼은 기존의 멀티 위상 벅 레귤레이터보다 낮은 크기 순으로 배열되고 있음을 보여 준다.

바이코는 VTM 및 PRM 소자의 팩터 전원 제품군 이외에도 변환기를 레귤레이팅 하는 생태계가 포함된 48V 입력 PoL 제품 포트폴리오도 내놓았다. 48V 버스로부터 직접 다양한 로드, 보조 전력 레일에 전력을 제공하는 쿨 파워 ZVS 벅 레귤레이터 PI35xx군 등이 여기에 해당된다.

바이코에서 제공하는 DC-DC/AC-DC 모듈러 파워 부품과 파워 부품 설계 방법론, 그리고 온라인 PowerBench(파워 디자인)툴은 현장 검증된 안전성 및 예측성을 바탕으로 업계를 주도하는 성능, 밀도, 효율성 및 경제성을 제공하여, 전원 분배부터 집중까지 어떠한 전원 시스템 어플리케이션에서도 전원 설계 디자이너가 쉽고 빠르게 시스템을 구성할 수 있다.