Trung tâm dữ liệu AI chuyển sang nguồn 800V nhờ Microchip và Navitas

Khi các trung tâm dữ liệu AI liên tục mở rộng quy mô để nuôi những cụm GPU công suất lớn, ngành công nghiệp đã chuyển dần sang kiến trúc cấp nguồn tủ rack dùng điện áp 800V DC nhằm phân phối điện hiệu quả hơn, nâng mật độ công suất và đáp ứng các thiết kế máy chủ thế hệ mới.

Để thúc đẩy quá trình chuyển đổi đó, Hãng thiết kế chip Microchip (trụ sở tại Hoa Kỳ) và Navitas Semiconductor (Nasdaq NVTS) đã bắt tay phát triển một thiết kế tham chiếu 800V DC sang 6V DC dành riêng cho nguồn tủ rack trong trung tâm dữ liệu AI.

Vì sao trung tâm dữ liệu AI cần nguồn 800V cho tủ rack

Nền tảng do hai hãng cùng xây dựng kết hợp công nghệ điều khiển nguồn điện và bảo mật kỹ thuật số của Microchip với các linh kiện công suất gallium nitride (GaN) mang thương hiệu GaNFast của Navitas, qua đó trao cho các nhà phát triển một lộ trình thực tế để triển khai bộ chuyển đổi nguồn hiệu quả cao, tương thích với tiêu chuẩn 800V DC của Dự án Điện toán Mở (Open Compute Project, OCP). Bộ giải pháp đi kèm phần cứng, phần mềm và tài liệu thiết kế tham chiếu, giúp doanh nghiệp giảm rủi ro thiết kế, rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm và đưa hạ tầng trung tâm dữ liệu AI thế hệ mới vào vận hành sớm hơn.

Ông Joe Thomsen, Phó chủ tịch phụ trách mảng bộ điều khiển tín hiệu số của Microchip, nhận định việc tối ưu hạ tầng AI đang kéo theo một trong những cuộc chuyển đổi kiến trúc nguồn điện quan trọng nhất mà lĩnh vực trung tâm dữ liệu từng trải qua suốt nhiều thập kỷ. "Khi cả hệ sinh thái chuyển sang các hệ thống nguồn tủ rack có điện áp cao hơn, nhà phát triển cần những giải pháp điều khiển và bảo mật đã qua kiểm chứng để hạ thấp rủi ro triển khai. Chương trình hợp tác với Navitas kết hợp năng lực điều khiển kỹ thuật số, bảo mật dựa trên phần cứng và công nghệ chuyển đổi nguồn GaN tiên tiến, giúp khách hàng đưa hệ thống nguồn 800V cho tủ rack ra thị trường nhanh hơn", ông nói.

Trái tim của nền tảng tham chiếu là bộ điều khiển tín hiệu số (DSC) dsPIC33AK và vi mạch bảo mật CryptoAuthentication TA100 của Microchip, làm việc cùng các vi mạch FET GaNFast của Navitas. Trong khi dsPIC33AK đảm nhận phần điều khiển nguồn kỹ thuật số ổn định cho khâu chuyển đổi DC/DC ở tần số cao và hiệu suất cao, TA100 dựng nên nền móng phần cứng đáng tin cậy cho việc xác thực, khởi động an toàn và cập nhật firmware có bảo vệ. Ghép lại với nhau, hai linh kiện tạo ra khả năng điều khiển chính xác và lớp bảo mật mà một thiết kế nguồn 800V chuẩn OCP có kết nối trong trung tâm dữ liệu AI đòi hỏi.

Dòng dsPIC33AK256MPS306 sở hữu lõi xử lý 32 bit chạy ở 200 MHz, có bộ xử lý dấu phẩy động (FPU) độ chính xác kép, bộ điều chế độ rộng xung (PWM) độ phân giải cao 78 ps cùng nhiều bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) 12 bit đạt tốc độ tới 40 MSPS. Dòng chip cũng hỗ trợ thư viện cho các thuật toán mã hóa hậu lượng tử được bộ tiêu chuẩn CNSA 2.0 (Commercial National Security Algorithm Suite 2.0) khuyến nghị, kèm các chức năng mật mã được tăng tốc bằng phần cứng cho những thiết kế điều khiển thời gian thực có kết nối mạng.

Bo mạch nguồn 800V mỏng hơn điện thoại khoảng 20%

Ở phía sơ cấp, bo mạch cấp nguồn (PDB) dùng 16 bóng bán dẫn GaNFast NV6034 loại 650 V, 17 mΩ, xếp theo cấu trúc nửa cầu chồng tầng. Kiểu đóng gói DFN8×8 tản nhiệt hai mặt giúp giảm nhiệt trở, phát huy thêm ưu thế hiệu năng của GaN và cho phép hệ thống nguồn chạy liên tục ở công suất cao hơn mà vẫn giữ hiệu suất tốt. Theo công bố của hai hãng, PDB đạt hiệu suất đỉnh tới 96% khi chạy đầy tải với tần số chuyển mạch 1 MHz, tương ứng mật độ công suất 2.100 W/in³.

Mỏng hơn khoảng 20% so với một chiếc điện thoại di động, bo mạch siêu nhỏ có thể đặt rất sát bo mạch GPU, nhờ đó tối đa hóa đáp ứng quá độ và phân phối điện hiệu quả hơn cho trung tâm dữ liệu AI. Điểm khác biệt nằm ở cách chuyển đổi trực tiếp từ 800V DC xuống 6V DC, khi hai giai đoạn vốn tách rời là hạ từ 800V DC xuống 50V DC rồi từ 50V DC xuống 6V DC được gộp vào một bộ chuyển đổi duy nhất, giúp hiệu suất đầu cuối tăng lên. Navitas cho biết cách tiếp cận ở cấp hệ thống giúp hãng biến tiến bộ của công nghệ GaN thành những cải thiện cụ thể về hiệu suất, mật độ công suất, đáp ứng quá độ và tổng chi phí sở hữu.

Ông Vipin Bothra, Phó chủ tịch phụ trách tiếp thị giải pháp toàn cầu của Navitas Semiconductor, cho rằng công nghệ GaNFast là yếu tố quan trọng giúp nâng mật độ công suất, hiệu quả và hiệu suất hệ thống khi hạ tầng AI mở rộng để phục vụ những nền tảng tính toán ngày càng khắt khe. "Kết hợp vị thế dẫn đầu của Navitas về bán dẫn công suất với chuyên môn sâu của Microchip về điều khiển kỹ thuật số, chương trình hợp tác giúp đẩy nhanh việc cung cấp những giải pháp cấp nguồn tiên tiến, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của các trung tâm dữ liệu AI thế hệ mới", ông nói.

Lớp bảo mật dựa trên phần cứng đến từ vi mạch CryptoAuthentication TA100, cho phép nhà phát triển dựng nền tảng tin cậy phục vụ xác thực và bảo vệ hệ thống mà không phải tự phát triển lại từ đầu. TA100 hỗ trợ xác thực mã phần mềm, gồm khởi động an toàn, tạo mã xác thực thông điệp (MAC) và cập nhật firmware tin cậy, đồng thời hỗ trợ nhiều giao thức quản lý khóa như Bảo mật tầng truyền tải (TLS) cùng các tác vụ dựa trên chip gốc tin cậy (root of trust).

Thiết kế tham chiếu của Microchip và Navitas mở đường cho những hệ thống nguồn 800V nhỏ gọn, điện áp cao và công suất lớn dành cho tủ rack trong trung tâm dữ liệu AI. Nhờ có sẵn bảng mạch, phần mềm và tài liệu tham chiếu, các nhà phát triển có thể nhanh chóng dùng thử và đẩy nhanh việc triển khai hệ thống chuyển đổi nguồn 800V DC cho trung tâm dữ liệu AI.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng