在人工智能（AI）快速發(fā)展的當(dāng)下，電源產(chǎn)品的重要性愈發(fā)凸顯。隨著AI、GPU和DPU等高性能計算產(chǎn)品對功率密度的需求不斷攀升，這一需求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)服務(wù)器CPU的范疇。以英偉達(dá)的OAM卡為例，其體積雖僅相當(dāng)于半張A4紙，但其功率卻能達(dá)到驚人的700W甚至更高。這一指數(shù)級的功率密度增長給Power
IC帶來了空前的挑戰(zhàn)，突顯出在高性能計算領(lǐng)域中，電源產(chǎn)品的關(guān)鍵角色和挑戰(zhàn)。
電源穩(wěn)定性：AI芯片性能的“基石”
為何在AI芯片中，電源產(chǎn)品會顯得尤為關(guān)鍵？
在近日的媒體交流會上，英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用管理經(jīng)理董唯一解釋到：首先，不論是CPU還是AI芯片，它們的性能發(fā)揮極大程度上依賴于電源。通常情況下，人們更多關(guān)注主芯片，而忽略了電源的重要性。然而，電源就像是為芯片輸送養(yǎng)分的基礎(chǔ)設(shè)施。沒有穩(wěn)定的電源，CPU和AI芯片就無法發(fā)揮其強(qiáng)大的性能。以服務(wù)器數(shù)據(jù)中心為例，軟件崩潰或系統(tǒng)宕機(jī)通常被外界因素所注意，但這些問題往往也與電源問題有關(guān)，這正說明了電源設(shè)計在CPU系統(tǒng)中的重要性。
此外，AI芯片由于其獨(dú)特性，對供電的動態(tài)響應(yīng)極為敏感。如果電源波動過大，會對芯片造成損耗，影響其性能發(fā)揮。因此，盡管主芯片是關(guān)注的焦點(diǎn)，電源的穩(wěn)定性同樣關(guān)鍵，沒有電源，系統(tǒng)也無法啟動。
董唯一還指出，在某客戶GPU板上，DC-DC轉(zhuǎn)換器的使用量已超過60顆，是服務(wù)器CPU板的1.5倍，這通常是集成了控制器和MOSFET的DC-DC
POL。而且AI應(yīng)用的電源應(yīng)用周圍還包括諸多器件，如傳統(tǒng)的數(shù)字控制器和Power
Stage，這些產(chǎn)品不僅占板面積很大，并且整個對于效率的影響，對于主芯片性能的影響都是極大的。如果AI芯片想發(fā)揮出最高的功效，周圍的電源器件也很關(guān)鍵。
為了應(yīng)對AI應(yīng)用的高功率密度需求，作為電源領(lǐng)域的龍頭半導(dǎo)體廠商，英飛凌正在從四個方面不斷革新進(jìn)步：
1）技術(shù)代際演進(jìn)：未來，英飛凌的電源產(chǎn)品將采用更先進(jìn)的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)，英飛凌的PSU產(chǎn)品線已展示出這方面的成果。
2）封裝工藝的革新：英飛凌利用其先進(jìn)的封裝工藝，使得最新一代產(chǎn)品體積更小，功率密度更大。同時，集成電感的產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)一步縮小了芯片面積，為客戶提供更多的設(shè)計空間。
3）系統(tǒng)級架構(gòu)優(yōu)化：英飛凌不僅考慮從12V到GPU的電源架構(gòu)，還在開發(fā)48V解決方案，并致力于垂直供電產(chǎn)品的開發(fā)，以提升整個AI系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心的效能。
4）電源產(chǎn)品之外的支持：除了電源產(chǎn)品，英飛凌還提供電源保護(hù)和DC-DC轉(zhuǎn)換器等，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心電源的數(shù)字化和低碳化轉(zhuǎn)型。
面對市場挑戰(zhàn)，英飛凌采取了差異化的產(chǎn)品策略。在集成的POL部分，在小電流產(chǎn)品，即如12A、20A上采用單晶圓技術(shù)，以達(dá)到成本效益和性能的最佳平衡，因為單晶圓的芯片成本一定比多晶圓的低。對于25A和40A產(chǎn)品，英飛凌繼續(xù)采用傳統(tǒng)工藝，以追求更高效和性能。英飛凌的快速恒定導(dǎo)通時間（COT）技術(shù)的應(yīng)用將簡化客戶的設(shè)計流程，提升使用便利性。
除了產(chǎn)品策略，英飛凌還制定了生產(chǎn)策略，包括利用自家晶圓廠和多個后道晶圓廠來保障產(chǎn)品供應(yīng)，以應(yīng)對市場波動。
英飛凌推出針對AI市場的高效穩(wěn)壓器
近日，英飛凌推出了包括12A和20A的TDA388xx系列產(chǎn)品，由于采用了英飛凌自己的Fast
COT引擎，因此，非常適合于服務(wù)器、AI、數(shù)據(jù)通信、電信和存儲市場。TDA388xx系列產(chǎn)品共有四款降壓穩(wěn)壓器，分別是TDA38812、TDA38813、TDA38825
和 TDA38826。
這款產(chǎn)品具備五個顯著特點(diǎn)：1）可調(diào)頻率：產(chǎn)品支持頻率變換，可在600KHz至1MHz范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)。2）快速軟啟動：具備極短的軟啟動時間，最快可達(dá)1毫秒。3）電壓模式操作：采用了電壓模式控制。4）電源狀態(tài)指示：配備了電源良好的輸出狀態(tài)指示信號。5）單晶圓設(shè)計：產(chǎn)品的核心是一個單晶圓，這種設(shè)計使得產(chǎn)品在提升性價比方面具有顯著優(yōu)勢。
具體來看，TDA388xx系列的每款產(chǎn)品均具有獨(dú)一無二的內(nèi)部補(bǔ)償功能，這不僅提高了易用性，還減少了對外部半導(dǎo)體組件的需求。該系列產(chǎn)品采用了適合各種應(yīng)用的通用性設(shè)計，并提供可供選擇的開關(guān)頻率和軟啟動功能。由于具備可編程的電流限制，這些穩(wěn)壓器可以實現(xiàn)精準(zhǔn)的控制，而且支持固定頻率連續(xù)導(dǎo)通模式（FCCM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）。此外，TDA388xx系列穩(wěn)壓器還可通過外部基準(zhǔn)輸入實現(xiàn)電壓追蹤。這一靈活性對于滿足不同的功率系統(tǒng)要求至關(guān)重要。上述特性共同提升了該穩(wěn)壓器產(chǎn)品系列的適應(yīng)性和效率。
來源: 半導(dǎo)體行業(yè)觀察杜芹
