Калифорнийская компания AmberSemi, специализирующаяся на разработке полупроводниковых изделий, сообщила о создании нового чипа управления питанием под названием PowerTile для дата-центров, ориентированных на ресурсоёмкие задачи ИИ.

Решение PowerTile представляет собой конвертер DC-DC, предназначенный для использования с мощными современными процессорами. Новинка монтируется на обратной стороне системной платы непосредственно под компонентом, на который подаётся питание. AmberSemi заявляет, что благодаря такой вертикальной схеме потери мощности сокращаются более чем на 85 % по сравнению с традиционным боковым распределением питания. В результате, значительно повышается эффективность и улучшается масштабируемость ИИ-систем.

Изделие PowerTile имеет размеры 20 × 24 × 1,68 мм. Чип способен подавать до 1000 А на CPU, GPU, FPGA или другие компоненты с высоким энергопотреблением. В системе могут быть задействованы несколько экземпляров PowerTile, что обеспечивает возможность наращивания тока до 10 000 А и более. Благодаря небольшой толщине может быть использовано жидкостное охлаждение.

Источник изображений: AmberSemi

По оценкам AmberSemi, для ИИ ЦОД мощностью 500 МВт решение PowerTile может сэкономить до 225 МВт, что эквивалентно $160 млн/год. Компания сравнивает это с приблизительной годовой выработкой энергии малым модульным ядерным реактором. AmberSemi подчёркивает, что чип PowerTile разработан с учётом будущих архитектур дата-центров для ИИ, поскольку мощность таких объектов постоянно увеличивается.

Тар Кейси (Thar Casey), генеральный директор AmberSemi, отмечает, что существующие архитектуры питания с трудом справляются с быстро растущими потребностями ИИ-платформ. Это создаёт узкое место, ограничивающее дальнейшее наращивание производительности систем. PowerTile открывает путь для решения проблемы. AmberSemi планирует организовать тестирование изделия совместно с ключевыми партнёрами в конце текущего года. Поставки первых серийных образцов PowerTile начнутся в 2027-м.

Если энергоснабжение организовано неэффективно, на обеспечение работы ИИ-ускорителя мощностью 700 Вт может понадобиться и 1700 Вт. Решить это проблему поможет стартап PowerLattice, который миниатюризировал и переупаковал высоковольтные регуляторы, сообщает IEEE Spectrum. В компании утверждают, что её новые чиплеты позволяют снизить реальное энергопотребление наполовину, удвоив таким образом производительность на ватт. Чиплеты можно разместить максимально близко к вычислительным кристаллам.

Традиционные системы питания ИИ-чипов преобразуют переменный ток из сети в постоянный, а затем понижают напряжение до уровня, подходящего ускорителям (порядка 1 В). При значительном падении напряжения сила тока на финальном участке пути к чипу резко возрастает для сохранения нужного уровня мощности. Именно здесь и происходят существенные энергопотери и тепловыделение, которые можно снизить, разместив питающую электронику как можно ближе к потребителю — на расстоянии в несколько миллиметров, а не сантиметров, т.е. буквально внутри чипа.

Источник изображения: PowerLattice

PowerLattice упаковала все необходимые компоненты в один чиплет размеров с пару ластиков, которые ставятся на карандаши. Чиплеты располагаются под подложкой корпуса вычислительного чипа. Одной из ключевых задач было уменьшение индукторов, помогающих поддерживать стабильное выходное напряжение. Пришлось применять специальный магнитный сплав, позволяющий очень эффективно использовать пространство, работая на высоких частотах, в сто раз выше, чем при использовании традиционного варианта. Уникальность решения в том, что сплав сохраняет лучшие магнитные свойства на высоких частотах, чем сопоставимые материалы.

Утверждается, что полученные чиплеты более чем в 20 раз компактнее по площади, чем современные стабилизаторы. При этом толщина каждого из них составляет всего 100 мкм, что сопоставимо с толщиной волоса. Такие чиплеты действительно можно размещать очень близко к кристаллам процессора. При этом заказчики могут использовать несколько чиплетов в зависимости от прожорливости и требований конкретных чипов. Энергорасход можно снизить на 50 %, обещает компания, но эксперты пока сомневаются в этом — для достижения такого уровня экономии нужно динамическое управление электропитанием в режиме реального времени в зависимости от текущей нагрузки, что с решением PowerLattice может быть недостижимо.

Источник изображения: PowerLattice

Сейчас PowerLattice тестирует свой продукт на надёжность, а первые клиенты получат чиплеты приблизительно через два года. Intel тоже работает над модулем Fully Integrated Voltage Regulator, которая тоже помогает решить похожие проблемы. В самом стартапе Intel в качестве конкурента не рассматривается, поскольку подход у компаний разный, кроме того, Intel вряд ли будет предлагать свои решения конкурирующим производителям чипов.

Эксперты утверждают, что ещё 10 лет назад у компании не было шансов на успех, поскольку поставщики процессоров давали гарантию на них только при покупке их же модулей питания. Например, Qualcomm продавала свои чипсеты только вкупе с чипами управления питанием её же производства. Однако сейчас всё чаще практикуется гетерогенный подход, когда заказчики комбинируют компоненты разных компаний для оптимизации своих систем. Хотя поставщики уровня Intel и Qualcomm, вероятно, будут иметь фору при работе с крупными клиентами, более мелкие разработчики чипов и ИИ-инфраструктуры, возможно, будут искать альтернативные модули управления электропитанием.