Überblick: Eine Rack-Architektur mit höherer Spannung nimmt Gestalt an

Da KI-Rechenzentren skalieren, um leistungsstarke GPU-Cluster zu unterstützen, durchläuft die Stromversorgung im Rack einen strukturellen Wandel. Die Branche bewegt sich von 48-V-/54-V-Architekturen hin zu einer Gleichstromverteilung mit höherer Spannung – ein Übergang, der die Verteilungseffizienz verbessern, die Leistungsdichte erhöhen und Serverdesigns der nächsten Generation unterstützen soll. Vor diesem Hintergrund haben Microchip Technology (Nasdaq: MCHP) und Navitas Semiconductor (Nasdaq: NVTS) gemeinsam ein 800-V-DC-zu-6-V-DC-Referenzdesign entwickelt, das direkt auf Stromversorgungsanwendungen für KI-Rechenzentrums-Racks abzielt.

Die beiden Unternehmen beschreiben die Plattform als praktischen Engineering-Pfad und nicht als konzeptionelle Demonstration. Sie kombiniert die digitalen Leistungsregelungs- und Sicherheitstechnologien von Microchip mit den GaNFast-Galliumnitrid-(GaN)-Leistungsbauelementen von Navitas und ist auf den 800-V-DC-Standard des Open Compute Project (OCP) ausgerichtet. Das Paket umfasst Referenzhardware, Software und Designdokumentation – eine Einbeziehung, die wichtig ist, weil Entwickler damit 800-V-DC-Leistungswandlungssysteme evaluieren und ihre Bereitstellung beschleunigen können, ohne den Regelungs-, Sicherheits- und Leistungsstufen-Stack von null aufbauen zu müssen.

Warum 800 V? Die Ökonomie von Racks der Megawatt-Klasse

Der Wechsel zu höheren Buss-Spannungen dreht sich im Kern um den Strom. Die Bereitstellung derselben Leistung bei höherer Spannung reduziert den Strom, der durch Rack-Stromschienen und Verkabelung fließen muss, was wiederum Verteilungsverluste und die zum Transport der Last erforderliche Leitermasse verringert. Bei Racks der Megawatt-Klasse, die mit dichten GPU-Clustern bestückt sind, werden diese Überlegungen zu architektonischen Randbedingungen statt zu inkrementellen Optimierungen.

Joe Thomsen, Corporate Vice President des Geschäftsbereichs für digitale Signalcontroller bei Microchip, beschrieb den Wandel in großen Worten: „Die Optimierung der KI-Infrastruktur treibt einen der bedeutendsten Übergänge in der Stromarchitektur voran, die die Rechenzentrumsbranche seit Jahrzehnten erlebt hat.“ Er fügte hinzu, dass Entwickler, während sich das Ökosystem auf Rack-Stromversorgungssysteme mit höherer Spannung zubewegt, bewährte Regelung und Sicherheit benötigen, um das Implementierungsrisiko zu senken, und dass die Zusammenarbeit mit Navitas digitale Regelung, hardwarebasierte Sicherheit und fortschrittliche GaN-Leistungswandlung kombiniert, um Kunden dabei zu helfen, 800-V-Rack-Stromversorgungssysteme schneller auf den Markt zu bringen.

Technische Details: Digitale Regelung trifft GaN

Im Kern der Referenzplattform stehen die digitalen Signalcontroller (DSCs) dsPIC33AK von Microchip und der TA100 CryptoAuthentication Security IC, kombiniert mit den GaNFast-FETs von Navitas. Der dsPIC33AK bietet deterministische digitale Leistungsregelung für Hochfrequenz- und Hocheffizienz-DC/DC-Wandlung, während der TA100 einen Hardware-Vertrauensanker etabliert. Zusammen bilden sie die Präzisionsregelungs- und Sicherheitsgrundlagen, die laut den Unternehmen für vernetzte OCP-Netzteil-Designs erforderlich sind.

Die Familie dsPIC33AK256MPS306 bietet ein besonders umfangreiches Funktionsset zur Regelung:

  • Ein 200-MHz-32-Bit-Kern mit Gleitkommaeinheit (FPU) für doppelte Genauigkeit
  • 78-ps-Hochauflösungs-Pulsweitenmodulatoren (PWMs)
  • Mehrere 12-Bit-Analog-Digital-Wandler (ADCs) mit bis zu 40 MSPS
  • Bibliotheksunterstützung für die von Commercial National Security Algorithm (CNSA) Suite 2.0 empfohlenen post-quantischen kryptografischen Algorithmen
  • Hardwarebeschleunigte kryptografische Funktionen für vernetzte Echtzeit-Regelungsdesigns

Auf der Leistungsseite wird die Leistungs-Tochterplatine (PDB) der Plattform von 16 × NV6034, 650 V, 17 mΩ GaNFast-FETs in einer gestapelten Halbbrücken-Topologie auf der Primärseite gespeist. Das DFN8×8-Gehäuse mit beidseitiger Kühlung wird als Möglichkeit präsentiert, die Leistungsvorteile von GaN durch Reduzierung des Wärmewiderstands zu erweitern und so einen höheren Dauerleistungsbetrieb bei gleichbleibender Effizienz zu ermöglichen. Die PDB zielt auf bis zu 96 % Spitzenwirkungsgrad bei Volllast mit 1 MHz Schaltfrequenz und ermöglicht eine Leistungsdichte von 2.100 W/in³.

Der Vorteil der einstufigen Wandlung

Eine der folgenreichsten architektonischen Aussagen ist, dass die direkte Wandlung von 800 V DC auf 6 V DC sowohl die Wandlungsstufe von 800 V DC auf 50 V DC als auch die von 50 V DC auf 6 V DC in einem einzigen Wandler kombiniert und damit einen höheren End-to-End-Wirkungsgrad liefert. Das Eliminieren einer Zwischenstufe beseitigt eine Reihe von Schalt- und Magnetikverlusten und reduziert zudem die Platinenfläche und die Bauteilanzahl im Leistungspfad.

Der Formfaktor unterstreicht dies. Die Platine wird als etwa 20 % dünner als ein Mobiltelefon beschrieben – ein extrem flaches Profil, das eine sehr enge Integration mit der GPU-Platine ermöglicht, das Transientenverhalten maximiert und die Effizienz der Leistungsverteilung verbessert. Navitas bezeichnet dies als systemischen Ansatz, der Fortschritte in der GaN-Technologie in messbare Verbesserungen bei Effizienz, Leistungsdichte, Transientenverhalten und Gesamtbetriebskosten übersetzt.

Hardware-Vertrauensanker und Post-Quanten-Bereitschaft

Sicherheit wird als integraler Bestandteil des Designs behandelt und nicht als Zusatz. Der TA100 CryptoAuthentication IC von Microchip ermöglicht Entwicklern, eine vertrauenswürdige Grundlage für Systemauthentifizierung und -schutz zu schaffen, ohne diese Funktionen von Grund auf implementieren zu müssen. Das Bauteil unterstützt Code-Authentifizierung, einschließlich Secure Boot, die Erzeugung von Message Authentication Codes (MACs), vertrauenswürdige Firmware-Updates und mehrere Schlüsselverwaltungsprotokolle wie Transport Layer Security (TLS) sowie weitere auf einem Vertrauensanker basierende Operationen.

Die Kombination mit der Bibliotheksunterstützung für post-quantische Algorithmen der CNSA Suite 2.0 im dsPIC33AK ist bemerkenswert für Infrastruktur mit langen Nutzungsdauern. Heute eingesetzte Rack-Stromversorgungssysteme können viele Jahre in Betrieb bleiben, was die Migrationsplanung für Post-Quanten-Kryptografie zu einer vorausschauenden Designentscheidung macht, die in den Regelungs-Silizium eingebettet ist.

Branchenauswirkungen und Positionierung der Anbieter

Vipin Bothra, Vice President Global Solution Marketing bei Navitas, verknüpfte die Zusammenarbeit mit der breiteren Entwicklung der KI-Compute-Leistung: „Da die KI-Infrastruktur skaliert, um zunehmend anspruchsvolle Rechenplattformen zu unterstützen, ist die GaNFast-Technologie von Navitas ein entscheidender Enabler für höhere Leistungsdichte, größere Effizienz und verbesserte Systemleistung.“ Er fügte hinzu, dass die Kombination der Führungsrolle von Navitas bei Leistungshalbleitern mit der Expertise von Microchip in der digitalen Regelung die Bereitstellung fortschrittlicher Stromversorgungslösungen beschleunigt, die auf KI-Rechenzentren der nächsten Generation zugeschnitten sind.

Die Struktur der Partnerschaft ist selbst bezeichnend. Weder ein Regelungsanbieter noch ein Leistungsbauelemente-Hersteller kann allein eine 800-V-zu-6-V-Rack-Lösung liefern, die den OCP-konformen Erwartungen entspricht; das Referenzdesign vereint Regelung, Sicherheit und GaN-Schalttechnik in einer einzigen evaluierbaren Plattform und senkt die Integrationslast für Server- und Netzteile-Hersteller.

Implikationen für KI-Rechenzentren

Für Betreiber liegt die Bedeutung darin, was ein validierter 800-V-zu-6-V-Pfad für die Designbeschränkungen auf Rack-Ebene bewirkt. Höhere Verteilungseffizienz und größere Leistungsdichte bedeuten mehr Rechenleistung pro Rack-Fläche, während eine dünnere, eng gekoppelte Leistungsplatine eine engere Integration mit GPU-Platinen und ein besseres Transientenverhalten bei aggressiven Lastschwankungen ermöglicht. Hardwarebasierte Authentifizierung und Unterstützung für sichere Firmware-Updates tragen der betrieblichen Realität Rechnung, dass Netzteile vernetzte, aktualisierbare Geräte innerhalb der Vertrauensgrenze des Rechenzentrums sind.

Ausblick

Das Referenzdesign wird auf dem OCP Global Summit 2026 vorgestellt, der vom 12. bis 15. Oktober 2026 in San Jose, Kalifornien, stattfindet. Dort können Teilnehmer erfahren, wie das Design digitale Regelung, hardwarebasierte Sicherheit und GaN-Leistungswandlung kombiniert, um effiziente 800-V-zu-6-V-DC/DC-Leistungsarchitekturen zu unterstützen.

Mit Referenzplatine, Software und Dokumentation steht der unmittelbare nächste Schritt an: die Bewertung durch das Ökosystem. Die größere Frage ist, wie schnell die installierte Basis von 48 V/54 V in der Branche der 800-V-DC-Verteilung weicht – ein Übergang, den Microchip und Navitas mit ihrem Silizium und ihren Tools nun ausdrücklich bedienen wollen.