마이크로칩 전력반도체 기업 나비타스와 협력, AI 데이터센터의 800V DC 랙 전력 아키텍처 전환 지원

AI 데이터센터가 고성능 GPU 클러스터를 지원하기 위해 그 규모를 확대함에 따라, 업계는 전력 분배 효율을 개선하고 전력 밀도를 높이며 차세대 서버 설계를 지원하기 위해 800V DC 랙(rack) 전력 아키텍처로 전환하고 있다. 이러한 전환을 가속화하기 위해 마이크로컨트롤러, 혼합 신호, 아날로그 반도체 및 플래시-IP 솔루션 분야의 세계적 리더인 마이크로칩테크놀로지(아시아 총괄 및 한국대표: 한병돈)는 전력반도체 기업 나비타스 세미컨덕터(Navitas Semiconductor)와 AI 데이터센터 랙 전력 애플리케이션을 위한 800V DC-to-6V DC 레퍼런스 디자인을 공동 개발했다. 

이 플랫폼은 마이크로칩의 디지털 파워 컨트롤 및 보안 기술과 나비타스의 GaNFast™ 질화갈륨(GaN) 전력 소자를 결합해, 개발자들이 OCP(Open Compute Project) 800V DC 표준에 부합하는 고효율 전력 변환을 구현할 수 있는 실질적인 솔루션을 제공한다. 레퍼런스 하드웨어, 소프트웨어, 설계 문서를 포함한 이 솔루션은 설계 리스크를 줄이고 개발 주기를 단축하며 차세대 AI 인프라의 구축을 가속화한다. 

마이크로칩 디지털 신호 컨트롤러 사업부 조 톰슨(Joe Thomsen) 부사장은 "AI 인프라 최적화는 지난 수십 년간 데이터센터 업계가 경험한 가장 중요한 전력 아키텍처 전환 중 하나를 이끌고 있다"며 "생태계가 고전압 랙 전력 시스템으로 전환함에 따라, 개발자들은 구현 리스크를 줄일 수 있는 검증된 제어 및 보안 기술이 필요하다. 이에 마이크로칩은 나비타스와 협력해 디지털 컨트롤, 하드웨어 기반 보안, 첨단 GaN 전력 변환을 결합함으로써 고객들이 800V 랙 전력 시스템을 보다 빠르게 출시할 수 있도록 지원한다"고 덧붙였다. 

이번 레퍼런스 플랫폼의 핵심은 나비타스의 GaNFast FET와 결합된 마이크로칩의 dsPIC33AK 디지털 신호 컨트롤러(DSC)와 TA100 CryptoAuthentication™ 보안 IC이다. dsPIC33AK는 고주파·고효율 DC/DC 변환을 위한 결정론적 디지털 파워 콘트롤을 제공하며, TA100은 인증, 보안 부팅 및 보호된 펌웨어 업데이트를 위한 하드웨어 루트 오브 트러스트(Hardware Root of Trust) 구축을 지원한다. 이러한 기술들은 커넥티드 OCP 전원공급장치 설계에 필요한 정밀 제어 및 보안 기반을 구성한다. dsPIC33AK256MPS306 제품군은 200MHz 32비트 코어와 배정밀도 부동소수점 연산 장치(FPU), 78ps 고해상도 펄스 폭 변조기(PWM), 최대 40MSPS로 동작하는 다수의 12비트 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 탑재했다. 또한 커넥티드 실시간 제어 설계를 위해 CNSA(Commercial National Security Algorithm) Suite 2.0에서 권장하는 포스트 양자 암호 알고리즘(Post-quantum cryptographic algorithms)에 대한 라이브러리 지원과 하드웨어 가속 암호화 기능을 제공한다. 

이 PDB의 1차측(Primary side)에는 16개의 NV6034 650V, 17mΩ GaNFast FET가 적층형 하프 브리지 토폴로지로 배치된다. DFN8×8 양면 냉각 패키지는 열 저항을 낮춰 GaN의 성능 이점을 더욱 향상시키고 뛰어난 효율을 유지하면서 더 높은 연속 출력에서의 작동을 지원한다. PDB는 1MHz 스위칭 주파수의 풀로드 조건에서 최대 96%의 피크 효율을 달성하는 것을 목표로 하며, 2,100W/in³의 전력 밀도를 구현하도록 설계됐다. 

스마트폰보다 약 20% 얇은 초슬림 설계로 GPU 보드에 매우 밀접하게 통합할 수 있어 과도 응답 성능을 극대화하고 전력 분배 효율을 높인다. 나비타스의 시스템 레벨 접근 방식은 GaN 기술의 발전을 효율, 전력 밀도, 과도 응답 성능, 총 소유 비용(TCO) 측면에서 측정 가능한 개선으로 이어지도록 지원한다. 800V DC에서 6V DC로 직접 변환하는 방식은 기존의 800V DC-to-50V DC 및 50V DC-to-6V DC 변환 단계를 하나의 컨버터로 통합해 전체 변환 효율을 높인다. 

나비타스 세미컨덕터 글로벌 솔루션 마케팅 비핀 보트라(Vipin Bothra) 부사장은 "AI 인프라가 갈수록 높은 성능을 요구하는 컴퓨팅 플랫폼을 지원하기 위해 확장됨에 따라 나비타스의 GaNFast 기술은 전력 밀도와 효율을 높이고 시스템 성능을 개선하는 핵심 요소로 자리잡고 있다"며 "전력반도체 분야에서 나비타스가 보유한 리더십과 마이크로칩의 디지털 컨트롤 전문성을 결합한 이번 협력은 차세대 AI 데이터센터의 변화하는 요구사항에 맞춘 첨단 전력 솔루션의 출시를 가속화한다"고 말했다. 

하드웨어 기반 보안은 마이크로칩의 TA100 CryptoAuthentication IC를 통해 통합되어, 개발자들이 해당 기능을 처음부터 직접 구현할 필요 없이 시스템 인증 및 보호를 위한 신뢰 기반을 구축할 수 있도록 지원한다. TA100 디바이스는 보안 부팅을 포함한 코드 인증, MAC(Message Authentication Code) 생성, 신뢰할 수 있는 펌웨어 업데이트, TLS(Transport Layer Security)를 포함한 다중 키 관리 프로토콜, 기타 루트 오브 트러스트(Root of Trust) 기반 동작을 지원한다. 

마이크로칩과 나비타스의 레퍼런스 디자인은 AI 데이터센터를 위한 고전압·고전력·소형 랙 전력 시스템 개발을 위한 플랫폼을 제공한다. 레퍼런스 보드, 소프트웨어 및 관련 문서도 함께 제공돼 개발자들이 AI 데이터센터용 800V DC 전력 변환 시스템을 보다 빠르게 평가하고 신속하게 구축할 수 있도록 지원한다.