基于极海G32R501实时控制DSP/MCU的AI服务器电源应用方案

全球超大规模数据中心建设正迎来爆发式增长,设备算力密度与能源消耗规模同步攀升。随着绿色能源转型进程的不断深化,数据中心作为数字经济发展的核心基础设施,其规模化布局与升级需求日益凸显,对供电系统的能效、稳定性与智能化水平也提出了更高要求。

在此背景下,AI服务器电源(PSU)已从传统意义上的供电单元,演变为驱动“瓦特”到“比特”高效转换的智能中枢。其核心使命是通过最优能效管理与智能动态调控,最大化发挥每度电所产生的有效算力,这不仅关乎数据中心的运营成本,更是衡量整体效能与竞争力的关键指标。

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G32R501实时控制DSP/MCU 赋能AI服务器电源应用能效升级

2025年80 PLUS® 新增Ruby(红宝石)能效等级标准,这将加速AI服务器电源的性能变革,其核心在于电源转化效率和功率密度等指标的全面升级。

核心指标

转换效率

功率密度

传统电源

(2020年前)

峰值94%-96%

轻载85%

32~40W/in3

(3kW~5.5kW/1U)

2025 AI电源

(Ruby标准)

峰值97.5%-98%

轻载≥90%

70~100W/in3

(8kW~12kW/1U)

提升幅度

能耗降低20%

密度提升75%~212%

行标/规范

参考

80 PLUS Ruby

GB20943-2025(拟)

OCP ORv 3

CRPS 3.0


极海G32R501实时控制DSP/MCU,具备高效运算、实时控制与智能能效管理等优势,完美适用于AI服务器电源应用,通过G32R501单芯片结合三相交错图腾柱PFC及LLC谐振变换器拓扑,实现全功率段的高效运行与高功率因数输出,不仅能为AI服务器电源转换效率和功率密度的优化升级提供核心技术支撑,更能助力客户电源产品达到80 PLUS® Ruby能效标准。

采用G32R501的AI服务器电源—核心应用优势

单芯片

高算力控制

  • 采用G32R501实时控制DSP/MCU,最高主频250MHz,提供多路交错电流环路控制所需高算力

  • 单芯片即可完成前后级PFC+LLC两级拓扑控制,简化系统控制逻辑

高集成

模块化设计

  • 内置150ps高分辨率PWM通道和比较器(COMP)模块

  • 借助高速霍尔芯片采集电感电流,无需外部过零检测,即可轻松实现图腾柱PFC的CRM和CCM控制切换

先进第三代

半导体器件

  • 采用第三代半导体(GaN或SiC)提升电源开关频率,减小磁性器件体积

  • 适配电源机架对AI服务器电源尺寸限制,推动PSU小型化、高效化发展

功率电路

采用交错结构

  • 功率小时,采用单支路运行,优化功率因数与谐波性能

  • 功率大时,采用多支路交错运行,降低运行电流应力、提升电源效率

搭配平面

变压器技术

  • 减少LLC变换器损耗与漏感
  • 增强散热效果


采用G32R501的AI服务器电源—核心应用架构

G32R501实时控制DSP/MCU,可满足由两级功率拓扑单元构成的7kW~11kW AI服务器电源应用的功率需求:

■ 前级电路:采用三相交错图腾柱功率因数校正(PFC)电路,高频桥臂选用GaN或SiC MOSFET

■ 后级电路:由两路全桥LLC谐振变换器并联组成,高压侧采用GaN或SiC MOSFET,低压侧选用低导通内阻MOSFET作为同步整流管

■ 配合G32R501内置的8个12位ADC采样通道,实时采样电源输入电压、电感电流、母线电压、输出电压电流

■ 输入电源:90V~264V AC;输出电压:45V~58V DC;额定输出电流:140A

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AI服务器电源拓扑结构图

G32R501 实时控制DSP/MCU芯片优势介绍

高效运算

处理性能

  • 搭载Cortex-M52双核架构,通过ACI功能可将自定义指令直接纳入内核处理

  • 大幅提高AI服务器电源中常用的滤波器、补偿器、锁相环等算法的运算速度

增强型

存储空间


  • Flash高达640KB、SRAM高达128KB

  • 可灵活配置为零等待访问周期ITCM和DTCM

实时精准控制

  • 16个150ps高分辨率PWM通道,满足电源应用高精度周期、占空比、开关频率、移相或死区的高分辨率控制要求

  • 4个可编程逻辑单元FLB,可为电源驱动提供灵活的组合逻辑或时序控制

高灵敏

信号感测

  • 7个比较器,均内置2个12-bit DAC,支持消隐和滤波功能,可实现AI服务器电源的峰值电流控制、过零检测及跳闸监控保护

  • 3个3.45 MSPS的12-bit高精度ADC,满足AI服务器电源同步、低延时信号采集需求

高可靠性

  • ESD抗干扰性强,HBM>8000V,CDM>2000V,Latchup>200mA

  • 工作温度覆盖-40℃~125℃,可适应复杂工况环境

  • 已通过IEC 61508 SIL2和AEC-Q100 Grade1认证


极海G32R501实时控制DSP/MCU,集成高精度HRPWM、COMP、CAP等丰富且灵活的IP资源,专为高精度、高功率密度电源设计,适应各种电源拓扑、动态负载响应及主动功率管理,助力AI服务器电源提升转换效率和功率密度等关键指标的综合性能。未来,极海将继续以技术突破与产品创新为使命,提供高性能、高可靠的芯片及解决方案,为AI基础设施建设和绿色能源转型持续注入核芯动力。

来源:极海半导体

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