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Come “alimentare” l’espansione delle infrastrutture di comunicazione dati

Sono numerosi i report che sottolineano la crescita esponenziale del traffico dati su Internet nell’arco dei prossimi tre-quattro anni. Alla base di questo aumento vi sono il crescente consumo di video “on demand” e l’utilizzo dei servizi basati su cloud, senza dimenticare il maggior numero di dati che verranno forniti dai dispositivi collegati a Internet of Things (IoT). Per quanto concerne quest’ultimo aspetto recenti studi condotti da Cisco stimano che entro il 2020 saranno 50 miliardi gli oggetti collegati a Internet e la rete dovrà essere in grado di gestire un traffico dati superiore al zettabyte (1021 byte) entro il 2018 per poter supportare quello che viene ora definito “Internet of Everything” (IoE).
Non può dunque sorprendere il fatto che la gestione di una mole così imponente di dati pone seri problemi nella realizzazione di infrastrutture di rete e di data center destinate a memorizzare e trattare tutte queste informazioni. Apparecchiature di nuova generazione che sfruttano le potenzialità offerte da processori sempre più avanzati ed efficienti e di FPGA ad alte prestazioni forniscono un valido contributo per soddisfare queste esigenze. Un altro problema di non semplice soluzione è la necessità di fornire potenza a tutti questi dispositivi di nuova generazione che prevedono più livelli (rail) di alimentazione e operano con valori di tensione sempre più bassi, specialmente nel caso in cui le correnti di carico possono variare rapidamente in risposta a comportamenti dinamici del sistema.
Un problema di questo tipo non può essere risolto semplicemente con l’installazione di moduli per la conversione di potenza efficienti ed estremamente affidabili utilizzando un’architettura di tipo DPA (Distributed Power Architecture) tipica di questi sistemi. Piuttosto è necessario ricorrere a unità in grado di reagire in tempi brevi alle variazioni del carico, che può passare rapidamente dal valore minimo a quello massimo, e garantire un’elevata efficienza per tutti i livelli di carico, compresi quelli di valore ridotto. Di conseguenza i progettisti di sistemi che devono alimentare le reti stanno adottando in misura sempre maggiore soluzioni di potenza digitale che consentono al software di controllare il funzionamento di tutti gli alimentatori, dai convertitori ac-dc utilizzati nel front-end ai convertitori di bus intermedio (IBC – Intermediate Bus Converters) fino ad arrivare ai convertitori PoL (Point of Load) situati sulle schede di rete e sulle schede processore dei rack delle apparecchiature di comunicazione e dei server.
Ciò comporta l’insorgere di un altro problema. Mentre un gran numero di produttori di moduli di potenza digitale ha adottato PMBus™ come protocollo comune per il controllo via software, l’implementazione dei comandi PMBus non è coerente: in altre parole la modalità di risposta di un modulo a un dato comando può non essere la stessa e variare a seconda del costruttore del modulo. Ciò rappresenta un indubbio ostacolo per i produttori di apparecchiature nel momento in cui devono procurarsi componenti, come ad esempio moduli di alimentazione, realizzati da costruttori differenti: in passato standard come DOSA e POLA garantivano la compatibilità a livello sia di ingombri meccanici sia di connessioni elettriche.
Per ovviare a questa oggettiva difficoltà un paio di anni fa tre dei maggiori produttori di alimentatori – CUI, Ericsson Power Modules e Murata hanno dato vita ad Architects of Modern Power® (AMP Group). Obbiettivo di questo consorzio è semplificare l’implementazione del concetto di potenza digitale con l’introduzione di standard che assicurino la completa compatibilità tra i moduli di potenza e garantiscano la sicurezza di approvigionamento da parte degli OEM grazie alla disponibilità di moduli equivalenti forniti da produttori differenti.
La stretta cooperazione tra i gli staff di progettazione dei membri del consorzio ha consentito ad AMP Group di sviluppare architetture di potenza definite via software in grado di sfruttare i vantaggi delle tecnologie di conversione digitali messe a punto da ciascuna azienda e garantire che i moduli realizzati rispondano allo stesso modo ai comandi PMBus. Di conseguenza questi convertitori digitali sono in grado di implementare la complessa messa in sequenza (sequencing) e di soddisfare le esigenze in termini di velocità di rampa (ramp rate) necessarie per l’alimentazione dei moderni circuiti integrati che prevedono più livelli di tensione nonché sfruttare tecniche atte a migliorare efficienza e affidabilità del sistema. Per esempio, la tecnologia DVS (Dynamic Voltage Scaling) viene usata per ridurre le tensioni di alimentazione del processore nel caso di richieste di elaborazione ridotte al fine di minimizzare i consumi di potenza: la riduzione della potenza fornita al processore in tali condizioni comporta l’ulteriore vantaggio di aumentare l’affidabilità del sistema.
Attualmente AMP Group ha ha messo a punto standard che definiscono ingombri meccanici, caratteristiche e file di configurazione per convertitori di bus dc-dc avanzati e convertitori PoL digitali.

Le specifiche microAMP, megaAMP e teraAMP si riferiscono a convertitori PoL digitali con correnti nominali comprese tra 20-25A, 40-50A e 90-120A rispettivamente, in configurazioni sia verticale sia orizzontale. Lo standard picoAMP è invece relativo a convertitori PoL digitali con correnti nominali di 6-18A. Per i convertitori di bus dc-dc avanzati, la specifica ABC-ebAMP è destinata a moduli brick di dimensioni pari a 58,42 x 22,66 mm con potenze nominali comprese tra 264 e 300 W, mentre per gli alimentatori in formato ¼ brick di dimensioni uguali a 58,42 x 36,83 mm e potenze comprese tra 420 e 468 W, il consorzio ha definito lo standard ABC-qbAMP.
Poichè il numero di dati che transitano in Internet cresce a una velocità estremamente elevata l’ampliamento dell’infrastruttura di comunicazione è inevitabile, ma questa espansione può essere abbinata a un miglioramento in termini di efficienza energetica. Le architetture definite via software rappresentano una soluzione efficace in quanto sono in grado di implementare un controllo del sistema di tipo “end-to-end” capace di garantire “una conversione di potenza perfetta in ogni momento e per qualsiasi condizione di carico”. Ciò è possibile adottando gli standard sviluppati da AMP Group che garantiscono la disponibilità di una seconda sorgente che fornisce prodotti perfettamente compatibili e intercambiabili tra di loro. AMP Group è attivamente impegnato nella definizione di ulteriori sviluppi tecnologici e nella realizzazione di soluzioni sempre più economiche ed efficienti capaci di soddisfare la richiesta in continua evoluzione della potenza definita via software.
Ulteriori informazioni su AMP Group

Martin Hägerdal, Spokesman (Architects of Modern Power), Head (Ericsson Power Modules)

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