高功率密度與高可靠性：打開(kāi)尚陽(yáng)通布局服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心的“武器庫(kù)”
瀏覽量：4821 / 發(fā)布時(shí)間：2022-03-07
二月底，我國(guó)從國(guó)家戰(zhàn)略、技術(shù)發(fā)展、能源政策等多方面出發(fā)，在“新基建”的大背景下，啟動(dòng)了一項(xiàng)至關(guān)重要的國(guó)家工程——“東數(shù)西算”工程，首次將算力資源提升到水、電、燃?xì)獾然A(chǔ)資源的高度，統(tǒng)籌布局建設(shè)全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)。
目前我國(guó)數(shù)據(jù)中心規(guī)模已達(dá)500萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力達(dá)到130EFLOPS（每秒一萬(wàn)三千億億次浮點(diǎn)運(yùn)算），ICT research研究顯示，當(dāng)前中國(guó)數(shù)據(jù)中心每年新增投資規(guī)模在1800—2000億元人民幣左右。可以預(yù)見(jiàn)，有“東數(shù)西算”這一算力基礎(chǔ)設(shè)施化的高瞻遠(yuǎn)矚，我國(guó)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心建設(shè)將別開(kāi)生面。功率半導(dǎo)體為電力供應(yīng)提供“血液”和“脊髓”，這一領(lǐng)域誕生了很多高級(jí)玩家，如大陸的長(zhǎng)城、歐陸通以及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)達(dá)、光寶、群光等企業(yè)。打開(kāi)該賽道的活躍者和極為重要的參與者的“群芳譜”，我們發(fā)現(xiàn)其中還有一個(gè)重要的名字——深圳尚陽(yáng)通科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“尚陽(yáng)通”）。集微網(wǎng)就尚陽(yáng)通在服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心這一重要細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景中的技術(shù)探索、市場(chǎng)布局、生態(tài)建設(shè)以及一站式解決方案等問(wèn)題，專(zhuān)訪了尚陽(yáng)通公司高壓事業(yè)部副總王彬。
服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心的獨(dú)特性與尚陽(yáng)通的“武器庫(kù)”
如前所述，在“東數(shù)西算”這一頂層設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)下，國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器市場(chǎng)處于快速增長(zhǎng)期，終端互聯(lián)網(wǎng)公司、大型企事業(yè)單位都有大量自建數(shù)據(jù)中心的需求。考慮到數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器電源中會(huì)有大量功率器件需求占比，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)該應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)功率半導(dǎo)體需求的爆發(fā)式增加；同時(shí)數(shù)據(jù)中心是耗能大戶(hù)，對(duì)服務(wù)器電源的效率要求越來(lái)越高，也對(duì)半導(dǎo)體器件的性能有了更深層次的標(biāo)準(zhǔn)制定體系，其次對(duì)可靠性、長(zhǎng)期工作壽命有明確的規(guī)定性，也對(duì)半導(dǎo)體器件提出了更高的本質(zhì)要求。目前，尚陽(yáng)通在大陸的主要服務(wù)器電源客戶(hù)中，已經(jīng)批量供貨，終端客戶(hù)包括了像字節(jié)跳動(dòng)、百度等明星級(jí)的互聯(lián)網(wǎng)公司。有關(guān)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)在功率半導(dǎo)體的獨(dú)特性“落地”需求，王彬?qū)⒕W(wǎng)做了較為全面的分析。毫無(wú)疑問(wèn)，大型服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心對(duì)功率半導(dǎo)體的性能匹配度絕對(duì)高于移動(dòng)端或者桌面服務(wù)器等消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，這主要體現(xiàn)在這樣兩點(diǎn)：“首先，大型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)無(wú)法承受斷電這種突發(fā)狀況，需要持續(xù)供電；其次服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的CPU能源供給時(shí)常會(huì)面臨從不運(yùn)行到極短時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)載的狀況。從空載到滿(mǎn)載，這個(gè)時(shí)間差是極為短暫的，長(zhǎng)的話(huà)以毫秒為單位，短的話(huà)可能也就是幾個(gè)微秒，這對(duì)瞬態(tài)的功率循環(huán)要求是非常高的。”籠統(tǒng)地講，大型服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的功率半導(dǎo)體性能屬于工業(yè)級(jí)別，其對(duì)穩(wěn)定性和可靠性，包括對(duì)環(huán)境耐受度的性能要求介于較低的消費(fèi)級(jí)和較高的車(chē)規(guī)級(jí)之間，但王彬特別點(diǎn)出，功率器件性能需求必須要緊密結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)判斷，而不能抽象地下結(jié)論：“按照一般認(rèn)知，數(shù)據(jù)中心對(duì)功率半導(dǎo)體的應(yīng)用可靠性比車(chē)規(guī)級(jí)低一些，但數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源后端直接就是CPU運(yùn)算單元，它對(duì)可靠性的要求仍然比一般的工業(yè)級(jí)的其他應(yīng)用要高很多，從空載到滿(mǎn)載如此短暫的過(guò)程對(duì)功率器件的冷熱循環(huán)沖擊是非常高的，對(duì)這方面的性能需求比汽車(chē)應(yīng)用還要高。”找準(zhǔn)應(yīng)用場(chǎng)景的“痛點(diǎn)”，尚陽(yáng)通就可以進(jìn)一步對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景所需的技術(shù)knowhow開(kāi)出精準(zhǔn)的布局“藥方”。相比于通信電源、車(chē)用以及智能家居，尚陽(yáng)通在切入數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器市場(chǎng)賽道時(shí)，所積累的高端功率半導(dǎo)體器件的研發(fā)和生產(chǎn)得到了大顯身手的機(jī)會(huì)。在這片獨(dú)特的“戰(zhàn)場(chǎng)”上，尚陽(yáng)通一直采用領(lǐng)先的超結(jié)MOS技術(shù)，SGT MOS技術(shù)；其產(chǎn)品更匹配適用于高效、高功率密度、高可靠性的電源應(yīng)用場(chǎng)合，近乎完美地滿(mǎn)足了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源對(duì)可靠性和能效的要求。數(shù)據(jù)中心往往需要大量的電力，對(duì)電源能效和可靠性的要求也比較高，尚陽(yáng)通圍繞這一難點(diǎn)，在推出高壓SJMOS時(shí)的設(shè)計(jì)研發(fā)，深度考慮了客戶(hù)的實(shí)際應(yīng)用需求，采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)工藝代，可以提供客戶(hù)最新代的產(chǎn)品，而且尚陽(yáng)通的高壓SJMOS具有更低的導(dǎo)通電阻和更優(yōu)化的結(jié)電容曲線。縱觀功率半導(dǎo)體各類(lèi)細(xì)分市場(chǎng)，碳化硅在服務(wù)器電源中的應(yīng)用相對(duì)比較早。得益于碳化硅極小的反向恢復(fù)損耗（其相較于普通FRD產(chǎn)品），SiC SBD較早便取代了PFC中的硅二極管，顯著提高了PFC的效率，一般情況下，SiC二極管極大降低了反向恢復(fù)損耗，可以提升電源效率1-2%。對(duì)此，尚陽(yáng)通設(shè)計(jì)的SiC SBD，繼承了動(dòng)態(tài)上無(wú)反向恢復(fù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)降低了高溫VF 特性，可以進(jìn)一步提高電源效率；同時(shí)具有更好的浪涌能力，滿(mǎn)足客戶(hù)在雷擊瞬態(tài)的安全要求。除此之外，大型數(shù)據(jù)中心電源管理要求高冗余或高容量特性，尚陽(yáng)通Oring MOS在解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)也有著很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)此，王彬闡述：“Oring MOS是服務(wù)器電源輸出端的非常關(guān)鍵的器件——是整個(gè)系統(tǒng)中電源最后一個(gè)安全管理器件。尚陽(yáng)通30V產(chǎn)品在服務(wù)器電源上應(yīng)用，得到了客戶(hù)非常高的評(píng)價(jià)，產(chǎn)品非常皮實(shí)耐用。尚陽(yáng)通設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有高可靠，高耐受沖擊的考量，使得客戶(hù)在異常使用環(huán)境中得到了很好的保護(hù)。”綜上所述，尚陽(yáng)通在服務(wù)器電源中可以提供高壓超結(jié)MOS、中低壓SGTMOS、SiC SBD等全套功率器件解決方案，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)均面對(duì)高端電源客戶(hù)。尚陽(yáng)通在一站式解決方案布局總體規(guī)劃中的殺手級(jí)產(chǎn)品很多，頗能體現(xiàn)產(chǎn)品性能之處還包括對(duì)后道封裝的匠心級(jí)別的考量。“目前我們用在服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品在封裝方面上量最大的還是TO封裝，以TO247和TO220傳統(tǒng)插件封裝為代表。現(xiàn)在我們也在往一些表貼化封裝方向發(fā)展，另外我們還有DFN 8×8和5×6這種形式，可以降低我們器件產(chǎn)品的寄生電感，有利于提高客戶(hù)的功率密度和效率。表貼式封裝適用于更高端和更高功率密度的電源管理器件，這種形式的體積也相對(duì)更優(yōu)，生產(chǎn)也更容易，可以機(jī)械化大規(guī)模生產(chǎn)，相比之下，TO封裝則需要人工參與”。有關(guān)這一點(diǎn)，王彬?qū)⒕W(wǎng)做了詳細(xì)地闡述。
未來(lái)大型數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)面臨變革，尚陽(yáng)通保持戰(zhàn)略定力
電源能效和可靠性可能是數(shù)據(jù)中心行業(yè)最重要的議題。王彬指出：“從電網(wǎng)到傳統(tǒng)的AC-UPS，再到服務(wù)器電源和后端的板上電源，最終到CPU這樣的一個(gè)供電鏈條，整體的效率加合在一起，估計(jì)有50%-70%的能效可以真正到達(dá)CPU端，換言之，大約30%-50%的能耗是損耗在中間電路上的，這是業(yè)界一直在希望數(shù)據(jù)中心可以做優(yōu)化和解決的。”目前，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心內(nèi)應(yīng)用最廣的不間斷電源還是傳統(tǒng)UPS，它主要由整流AC-DC、逆變DC-AC和靜態(tài)旁路三部分電路組成。面對(duì)傳統(tǒng)UPS效率低、可靠性差、靈活性和擴(kuò)展性差的問(wèn)題，很多國(guó)內(nèi)外大型互聯(lián)網(wǎng)公司正在不斷探索分布式不間斷電源系統(tǒng)。那么，未來(lái)數(shù)據(jù)中心供電發(fā)展布局的變革會(huì)對(duì)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的功率半導(dǎo)體器件性能需求產(chǎn)生哪些影響？對(duì)此，王彬分析：“影響會(huì)有一些，但這種變化不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心的電源管理器件的需求產(chǎn)生非常本質(zhì)的差異。很多大型互聯(lián)網(wǎng)公司在不間斷電源和服務(wù)器中間的AC端做耦合，比如阿里采用了將高壓配電柜、變壓器、HVDC等設(shè)備高度集成化，搭建了DCUPS他們稱(chēng)之為‘巴拿馬’系統(tǒng)，化繁為簡(jiǎn)，在系統(tǒng)架構(gòu)和占地空間上做了優(yōu)化，整體上對(duì)功率器件的需求并沒(méi)有本質(zhì)的差異；另一點(diǎn)，很多數(shù)據(jù)中心客戶(hù)也在優(yōu)化散熱方式，采用了液冷等等，雖然供電系統(tǒng)的架構(gòu)在變化，但對(duì)功率半導(dǎo)體的性能包括用量，都不會(huì)有非常突出的區(qū)別”。
結(jié)語(yǔ)：研發(fā)占比與國(guó)家頂層設(shè)計(jì)的緊密貼合
如果說(shuō)算力正成為我國(guó)在新發(fā)展格局下衡量經(jīng)濟(jì)狀況的“晴雨表”，那么電力的供應(yīng)則是算力背后的血液和骨骼，相應(yīng)地，高效能、低功耗、智能化的電源管理解決方案則精確指示著血液和骨骼的健康度。服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的能耗管理和數(shù)據(jù)安全牽扯到很多諸如“雙碳”、大數(shù)據(jù)安全等國(guó)家級(jí)的頂層設(shè)計(jì)，因而，尚陽(yáng)通在此細(xì)分市場(chǎng)的布局慎重穩(wěn)健，步步為營(yíng)，久久為功。王彬透露：“目前我們公司在服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的布局，無(wú)論從研發(fā)還是營(yíng)收上都占了公司的很高比例，對(duì)這樣一個(gè)和數(shù)據(jù)信息緊密相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，我們付出了很多精力，也是積極響應(yīng)國(guó)家的‘雙碳’號(hào)召的一種體現(xiàn)。”在算力基礎(chǔ)設(shè)施越來(lái)越變成公共服務(wù)的大趨勢(shì)下，可以預(yù)見(jiàn)，尚陽(yáng)通在數(shù)據(jù)中心功率半導(dǎo)體的研發(fā)和布局天地?zé)o限廣闊，未來(lái)大有作為。
