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Modulare 48-Volt-Spannungswandler für Server

Die Power Stamp Alliance präsentiert ihr Konzept für flexible und effiziente Server-Stromversorgungen und enthüllt nebenbei die LGA4189-Fassung für kommende "Ice Lake"-Xeons mit acht RAM-Kanälen.

Spannungswandler-Konzept der Power Stamp Alliance

Das Spannungswandler-Konzept der Power Stamp Alliance

(Bild: Power Stamp Alliance)

Im Umfeld des Open Compute Project (OCP) treibt die Power Stamp Alliance ein Konzept zur effizienten Server-Stromversorgung aus 48 Volt Gleichspannung voran. Google hatte erste Pläne schon 2016 ins OCP eingebracht, 2017 konkretisierte STMicroelectronics (ST) sogenannte Point-of-Load-(PoL-)Wandler, die dicht am Prozessor sitzen. Die Module wandeln die Versorgungsspannung von 48 Volt direkt in 0,9 bis 1,6 Volt, mit denen aktuelle Prozessoren arbeiten. Sie ersetzen damit das bisher übliche Voltage Regulator Module (VRM) auf dem Mainboard, das typischerweise mit 12 Volt Eingangsspannung arbeitet.

Jeder Power Stamp - sowohl Master als auch Slave - hat eine Grundfläche von 30 mm x 12,7 mm und ist maximal 18 Millimeter hoch.

(Bild: Bel)

Die Power Stamp Alliance um ST hat nun einige Spezifikationen für 48-Volt-PoL-Wandler veröffentlicht. Dabei ist jeweils ein Master Stamp erforderlich, der die Steuerungselektronik – vor allem ein Power Management IC (PMIC), also ein Controller-ASIC – enthält sowie Leistungshalbleiter und passive Bauelemente für 100 Ampere Strom. Ist mehr Leistung nötig, etwa für Server-Prozessoren, die kurzzeitig über 300 A verschlingen, setzt man einfach zusätzliche Slave-Stamps daneben. Bis zu sechs Power Stamps, also ein Master und fünf Slaves, können kooperieren.

Die Ansteuerung von Seiten der CPU, also die Spannungsvorgabe je nach Lastzustand und CPU-Typ, erfolgt entweder über Intels SVID-Protokoll oder über den Adaptive Voltage Scaling Bus (AVSBus), den das System Management Interface Forum (SMIF) spezifiziert. Power Stamp Master und Slaves wiederum kommunizieren per Power Management Bus (PMBus), ebenfalls nach SMIF-Spezifikation.

Mehrere Hersteller entwickeln und fertigen Power Stamps, wodurch ein Ökosystem modularer 48-Volt-PoL-Wandler heranwachsen soll. Das können dann wiederum die Hersteller von Server-Mainboards und von Servern nutzen.

AMD und Intel arbeiten bei PMBus mit, Power Stamps sollen aber auch IBMs OpenPOWER/POWER9 versorgen oder auch ARM-Server-SoCs. Zudem können sie auch DDR4-SDRAM speisen: Für beispielsweise acht Module mit jeweils bis zu 128 oder 256 GByte RAM oder 3D-XPoint-Speicher sind ebenfalls mehr als 100 A Strom in der Spitze nötig.

Blockschaltbild der Power-Stamp-Stromversorgung einer CPU nach Intel VR13 HC mit 2 x 8 DIMM-Slots.

(Bild: Bel)

In einem Datenblatt für Power Stamps der Firma Bel Power Solutions & Protection ist unterdessen ein Hinweis auf die frühestens 2019 erwarteten Intel-Xeon-Prozessoren mit dem Codenamen Ice Lake-SP enthalten. Demnach stecken diese in Gehäusen für die Prozessorfassung LGA4189. Die zusätzlichen Kontakte im Vergleich zur LGA3647-Fassung der aktuellen Xeon Scalable Processors (Xeon-SP, Skylake-SP) dienen wohl unter anderem zur Anbindung von zwei zusätzlichen DDR4-RAM-Kanälen, also acht statt bisher sechs.

Ob die zusätzlichen DIMM-Slots für mehr RAM dienen oder vor allem für die noch 2018 mit Cascade Lake-SP erwarteten, nichtflüchtigen 3D-XPoint-Speicherriegel (Apache Pass), ist unklar. Jedenfalls steigt der Stromdurst der LGA4189-Chips: Bel erwähnt die Intel-Spezifikation Voltage Regulator 13 High Current (VR13-HC), während Skylake-SP und Cascade Lake-SP mit VR13 auskommen. (ciw)

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