Tầm quan trọng của mô-đun chuyển đổi nguồn DC-DC Vcore (VRM)

Trong các hệ thống máy tính hiện đại, bộ xử lý – bao gồm CPU, GPU hoặc NPU – được xem như “bộ não” của toàn bộ hệ thống tính toán. Hiệu năng của bộ xử lý phụ thuộc chặt chẽ vào khả năng cung cấp điện năng ổn định và chính xác. Trong số các đường cấp nguồn, điện áp Vcore đóng vai trò đặc biệt quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của bộ xử lý, được thể hiện qua các yếu tố sau:

Đảm bảo tính toàn vẹn hoạt động của bộ xử lý:
Điện áp Vcore phải luôn nằm trong giới hạn do nhà sản xuất bộ xử lý quy định. Việc quá áp hoặc sụt áp đều có thể dẫn đến tình trạng mất ổn định hoặc hư hỏng vĩnh viễn cho CPU/GPU/NPU.

Khả năng cung cấp điện động:
Các bộ xử lý hiện đại có nhu cầu tiêu thụ điện năng biến thiên rất nhanh. VRM phải đáp ứng được dòng điện tức thời và duy trì độ ổn định trong mọi điều kiện tải.

Tối ưu hiệu năng hệ thống:
Nguồn Vcore được điều khiển chính xác giúp bộ xử lý duy trì hiệu năng tối đa khi chạy các tác vụ tính toán nặng. Nếu nguồn không đủ công suất hoặc không ổn định, vi xử lý có thể bị giảm xung nhịp (throttling) hoặc sinh ra lỗi dữ liệu.

Đảm bảo độ ổn định tổng thể:
Việc điều áp Vcore kém chất lượng thường là nguyên nhân gây ra treo máy, sập hệ thống hoặc lỗi ngẫu nhiên, đặc biệt khi tải nặng hoặc ép xung.

Kéo dài tuổi thọ bộ xử lý:
Việc chịu áp lực điện áp lâu dài – đặc biệt khi vượt ngưỡng thiết kế hoặc ở nhiệt độ cao – làm tăng tốc độ lão hóa silicon, từ đó rút ngắn tuổi thọ hoạt động của bộ xử lý.

Chi phí cao của các bộ xử lý hiện nay (ví dụ Nvidia GB200 có giá từ 60.000–70.000 USD), mọi rủi ro về chất lượng nguồn điện đều có thể gây tổn thất nghiêm trọng cho các nhà tích hợp hệ thống (SI) hoặc OEM. Do đó, việc kiểm định và đặc tính hóa (validation & characterization) VRM là bước bắt buộc.

Phương pháp kiểm tra: Tải động, tải tĩnh và kiểm tra cơ chế bảo vệ

Kiểm thử tải động (Dynamic Load Testing):

Phương pháp này thường yêu cầu sử dụng các công cụ chuyên dụng từ nhà sản xuất bộ xử lý như Voltage Regulator Test Tool (VRTT) hoặc hệ thống tải động từ bên thứ ba. Các công cụ này được định nghĩa rõ trong tài liệu kiểm thử chính thức của nhà sản xuất CPU/GPU/NPU.

Kiểm thử tải tĩnh (Static Load Testing):

Áp dụng các tải điện tử DC để mô phỏng dòng tiêu thụ ổn định, từ đó đánh giá khả năng cung cấp điện lâu dài và độ ổn định của VRM.

Kiểm thử cơ chế bảo vệ (Protection Testing)

Mô phỏng các điều kiện lỗi hoặc sự cố nguồn để xác minh hiệu quả của cơ chế bảo vệ, đồng thời đảm bảo an toàn cho bo mạch và bộ xử lý.

Bước 1: Kiểm tra các tính năng bảo vệ như bảo vệ quá dòng (OCP), bảo vệ quá áp (OVP), bảo vệ ngắn mạch (SCP) của VRM.

Bước 2: Áp dụng các tình huống mô phỏng mất nguồn, tải vượt giới hạn hoặc lỗi VRM để quan sát phản ứng hệ thống, đánh giá khả năng ngăn ngừa hư hỏng linh kiện.

Cách kết nối kiểm tra:

Một bo mạch interposer được sử dụng để trung gian giữa socket bộ xử lý và thiết bị kiểm thử. Bo này cho phép kết nối cả tải tĩnh (static loads) và tải động (dynamic loads).

Bo interposer thường có 8 cặp terminal dành cho tải tĩnh.

Socket trung tâm được dùng để tích hợp tải động, đảm bảo điều kiện thử nghiệm sát thực tế.

Cấu hình thiết bị thử nghiệm cho thử nghiệm tĩnh

Cần có các thiết bị đo lường sau đây để thực hiện xác thực tĩnh toàn diện cho thanh nguồn Vcore:

Tải điện tử dòng điện cao ( ≥ 1000 A):
Model khuyến nghị: tải điện tử DC GW Instek PEL-5012C-150-1200

Đo điện áp có độ chính xác cao DAQ (độ phân giải 6,5 chữ số):
Cấu hình đề xuất: Bộ thu thập dữ liệu Datalogger DAQ-9600 + Mô-đun điện áp DAQ-901

Phân luồng dòng điện có độ chính xác cao cho cảm biến dòng điện Vcore:

Ví dụ: Mô-đun phân luồng Prodigit 1000A

Nguồn điện DC hỗ trợ quạt làm mát:
Model khuyến nghị: GW Instek GPP-1326

Thông số kỹ thuật – tóm tắt các thiết bị chính

Dụng cụ	Người mẫu	Các tính năng chính
Tải điện tử	PEL-5012C-150-1200	150 V / 1200 A / 6000 W, tải thoáng qua nhanh
Máy chủ DAQ	DAQ-9600	Độ phân giải 6½ chữ số, lấy mẫu tốc độ cao
Mô-đun điện áp DAQ	DAQ-901	Đầu vào điện áp chính xác đa kênh
Phân luồng dòng điện cao	Prodigit 1000A	Độ chính xác ± 1000 A, điện trở thấp
Nguồn điện một chiều	GPP-1326	Đa kênh, có thể lập trình, cấp nguồn cho quạt

Thông số kỹ thuật Prodigit 1000A

Dải dòng	Giá trị shunt	Độ chính xác DC (Đặc trưng)	Độ chính xác DC (max)	Độ chính xác AC (± % giá trị đọc  + dải)		Đầu vào tối đa (DC/AC RMS)	Điện áp đầu ra
1000 A	0,0001 Ω	0,02% giá trị đọc + 0,01% của dải	0,05%giá trị đọc  + 0,05% của dải	50 Hz đến 200 Hz 0,1% giá trị đọc  + dải 201 Hz đến 300 Hz	0,2% giá trị đọc  + dải 301 Hz đến 400 Hz 0,4% giá trị đọc  + dải	1000 A	0,1 V
200 A	0,001 Ω	0,02% giá trị đọc	0,04% giá trị đọc	0,10% giá trị đọc		250 A	0,2 V
20 A	0,01 Ω	0,01% giá trị đọc	0,02% giá trị đọc	0,10% giá trị đọc		30 A	0,2 V
2 A	0,1 Ω	0,01% giá trị đọc	0,02% giá trị đọc	0,10% giá trị đọc		4 A	0,2 V
0,2A	1Ω	0,01% giá trị đọc	0,02% giá trị đọc	0,10% giá trị đọc		0,4A	0,2 V

Thông số kỹ thuật của Ampe kế chính xác 51/2 chữ số

Dải	Độ phân giải	Độ chính xác DC (± % của phạm vi đọc +)		Độ chính xác AC  (± % của phạm vi đọc +)
		Đặc trưng	Tối đa
1000 A	0,01 A	0,04 + 0,01	0,08 + 0,01	50 Hz đến 200 Hz	0,5 + 0,1
				201 Hz đến 300 Hz	0,5 + 0,2
				301 Hz đến 400 Hz	0,5 + 0,4
200 A	0,001A / 0,01A	0,04 + 0,01	0,08 + 0,01	0,5 + 0,05
20 A	0,0001 A / 0,001 A	0,02 + 0,01	0,04 + 0,01	0,5 + 0,05
2 A	0,01 mA / 0,1 mA	0,02 + 0,01	0,04 + 0,01	0,5 + 0,05
0,2 A	0,0001 A / 0,01 mA	0,02 + 0,01	0,04 + 0,01	0,5 + 0,05

Có 2 phiên bản đặt hàng:

• Model: 1000A : phiên bản với mô-dun đằng trước
• Model: 1000A-R: Phiên bản với mô-đun đằng sau

Thông số kỹ thuật Tải điện tử DC công suất cao

MODEL	PEL-5008C-150-800		PEL-5010C-150-1000		PEL-5012C-150-1200
Power *1	8 kW		10 kW		12 kW
Current	0 A to 80 A	0 A to 800 A	0 A to 100 A	0 A to 1000 A	0 A to 120 A	0 A to 1200 A
Voltage	0 V to 150 V
Min. Operating Voltage	0.7 V @ 800 A		0.7 V @ 1000 A		0.7 V @ 1200 A
Protections
Over Power Protection (OPP)	105 %
Over Current Protection (OCP)	104 %
Over Voltage Protection (OVP)	105 %
Over Temp Protection (OTP)	90 °C ± 5 °C
Constant Current Mode
Range *2	80 A	800 A	100 A	1000 A	120 A	1200 A
Resolution	1.28 mA	12.8 mA	1.6 mA	16 mA	1.92 mA	19.2 mA
Accuracy *3	± 0.05 % of (Setting + Range)
Constant Resistance Mode
Range	11250 Ω to 0.1875 Ω	0.1785 Ω to 0.0009 Ω	9000 Ω to 0.15 Ω	0.15 Ω to 0.0007 Ω	7500 Ω to 0.125 Ω	0.125 Ω to 0.0006 Ω
Resolution	88.888 µS	3.125 µΩ	111.111 µS	2.5 µΩ	133.333 µS	2.048 µΩ
Accuracy	± 0.2 % of (Setting + Range)
Constant Voltage Mode
Range	150 V
Resolution	2.5 mV
Accuracy	± 0.05 % of (Setting + Range)
Constant Power Mode
Range	800 W	8000 W	1000 W	10000 W	1200 W	12000 W
Resolution	12.8 mW	128 mW	16 mW	160 mW	19.2 mW	192 mW
Accuracy	± 0.1 % of (Setting + Range)
Constant Voltage Mode + Constant Current Mode
Range	150 V	800 A	150 V	1000 A	150 V	1200 A
Resolution	2.5 mV	12.8 mA	2.5 mV	3.2 mA	2.5 mV	19.2 mA
Accuracy	± 1.0 % of (Setting + Range)
Constant Voltage Mode + Constant Power Mode
Range	150 V	8000 W	150 V	10000 W	150 V	12000 W
Resolution	2.5 mV	128 mW	2.5 mV	160 mW	2.5 mV	192 mW
Accuracy	± 1.0 % of (Setting + Range)
Surge Test
Surge & Normal current	0 A to 800 A		0 A to 1000 A		0 A to 1200 A
Surge Time	10 ms to 1000 ms		10 ms to 1000 ms		10 ms to 1000 ms
Surge Step	1 to 5
MPPT Mode
Algorithm	P&O
Load Mode	CV
P&O Interval	1000 ms to 60000 ms; resolution 1000 ms
Dynamic Mode
Timing
Thigh & Tlow	0.010 ms to 9.999 ms / 99.99 ms / 999.9 ms / 9999 ms
Resolution	0.001 ms / 0.01 ms / 0.1 ms / 1 ms
Accuracy	1 µs / 10 µs / 100 µs / 1 ms + 500 ppm
Slew Rate	0.0192 A to 1.2 A / µs	0.192 A to 12 A / µs	0.024 A to 1.5 A / µs	0.24 A to 15 A / µs	0.0288 A to 1.8 A / µs	0.288 A to 18 A / µs
Resolution	0.0048 A / µs	0.048 A / µs	0.006 A / µs	0.06 A / µs	0.0072 A / µs	0.072 A / µs
Min. Rise Time	66.7 µs (typical)
Current
Range	0 A to 80 A	80 A to 800 A	0 A to 100 A	100 A to 1000 A	0 A to 120 A	120 A to 1200 A
Resolution	1.28 mA	12.8 mA	1.6 mA	16 mA	1.92 mA	19.2 mA
Measurement
Voltage Read Back
Range (5 Digital)	0 V to 15 V	15 V to 150 V	0 V to 15 V	15 V to 150 V	0 V to 15 V	15 V to 150 V
Resolution	0.25 mV	2.5 mV	0.25 mV	2.5 mV	0.25 mV	2.5 mV
Accuracy	± 0.025 % of (Setting + Range)
Current Read Back
Range (5 Digital)	0 A to 80 A	80 A to 800 A	0 A to 100 A	100 A to 1000 A	0 A to 120 A	120 A to 1200 A
Resolution	1.28 mA	12.8 mA	1.6 mA	16 mA	1.92 mA	19.2 mA
Accuracy	± 0.05 % of (Setting + Range)
Power Read Back
Range (5 Digital)	8000 W		10000 W		12000 W
Accuracy	± 0.06 % of (Setting + Range)
General
Typical Short Resistance	0.0009 Ω		0.0007 Ω		0.0006 Ω
Maximum Short Current	800 A		1000 A		1200 A
Load ON Voltage	0.25 V to 62.5 V
Load OFF Voltage	0 V to 62.5 V
Power Consumption	920 VA
Dimension (H x W x D)	571.6 mm x 481 mm x 757.3 mm
Dimension (H x W x D) ~ w/o Rack Mount kit, wheels	467.6 mm x 445.2 mm x 757.3 mm
Weight	77.5 kg		84.8 kg		92 kg
Temperature *4	0°C to 40 °C
Safety & EMC	CE
Cooling : Advanced Fan Cooled Note *1 : The power rating specification at ambient temperature = 25 °C Note *2 : The range is automatically or forcing to range II only in CC Mode Input AC power : AC 100 V to 240 V ± 10 %, 50Hz / 60 Hz, Signal-phase Note *3 : If the operating current is below range 0.1 %, the accuracy specification is 0.1 % F.S. Note *4 : Operation temperature is 0°C to 40 °C, all specifications apply for 25 °C ± 5 °C