小规模但高性能——普林斯顿大学的研究人员发现如何通过一种紧凑、高效的设备将高速计算机的功率传输提高10倍。鸣谢:鸣谢:普林斯顿大学普林斯顿大学的研究人员与英特尔、谷歌和达特茅斯学院的同事合作，彻底重新设计了高性能计算机的供电技术，使系统的供电能力比当前的技术水平提高了10倍。对电力的需求最终来自于对计算的需求。随着设计者将更多的电路塞进微芯片的微小部分，传递给微小电路簇的功率正接近相当于一个核反应堆内部的水平。工程师称输送到一个区域的功率量为功率密度。超级计算机的功率密度正在达到核级，这主要不是因为计算需求，而是因为计算机芯片的空间很小。
这种对高度可控电源的需求已被证明是芯片设计者的一个限制，也是电力电子工程师的一个主要挑战。将大量电力输送到微小的区域会产生热量，这不仅效率低下，而且对计算机部件也是致命的。
“它必须非常高效，噪音非常低，精确控制在一个非常小的区域内，”电子和计算机工程助理教授兼普林斯顿研究小组组长陈敏杰说。“如果效率不够高，就会过热。如果组件过热，您将无法输送电力。”
在其他领域，陈说，他的研究团队一直致力于开发“更小、更智能、更高效的电力电子器件，用于新兴和重要的应用。”虽然新一代的芯片和电路吸引了最多的注意力，但功率传输是计算机系统设计中越来越重要的元素。正如陈指出的那样，更小的智能手机和其他设备需要更好的功率传输，更高效的服务器中心和先进的处理器需要支持日益复杂的人工智能系统。该集团还着眼于计算机系统以外的可编程设计太阳能电池阵列、智能电网和其他关键基础设施。
在最近的项目中，研究人员在《IEEE电力电子学报》的一篇论文中展示了一种满足行业目标的策略，这种策略可以应用于小型系统或规模，以满足大规模数据中心的需求。
为了满足新计算机系统的需求，该团队必须克服三个挑战:将电力输送到更小的区域，以允许微处理器更加紧密地排列在一起；高效运行，既降低成本，又防止过热；并以令人眼花缭乱的速度在组件之间切换电源，以满足微处理器的需求。
谷歌和英特尔最初提出的问题是“如何在不牺牲速度或效率的情况下，为一平方毫米的硅片提供10倍以上的功率？”陈说道。
新系统提供了现代高性能计算机所需的效率、能力和灵活性。鸣谢:普林斯顿大学研究团队通过重新思考从电力输送组件到其架构和控制的一切，完成了这三项任务。他们使用电容器而不是传统的磁学方法来处理电力，他们垂直建造系统而不是传统的水平建筑。这两个功能都带来了重大的设计挑战，但一旦研究人员解决了这些问题，他们就能够提供一个卓越的系统。
“我们已经测试了最大功率下的效率，也测试了动力，”陈说。"这是一个功能齐全的系统，比最好的现成系统小10倍."
这篇名为“垂直堆叠乐高-PoL CPU稳压器”的文章于2021年12月14日在网上发表。
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