AI計算能耗令人望而生畏，功率系統(tǒng)如何變革？

ChatGPT等AI應用的高速發(fā)展，除了對算力帶來越來越大的需求，相應地，也對功率系統(tǒng)設計帶來更高要求。

一直以來，我們所熟知的x86服務器是以CPU為核心的系統(tǒng)，兩三年前的主流加速卡幾乎都是能夠進行推理計算的PCIe卡。然而，隨著AI概念的爆火，特別是大模型訓練成為主流后，GPU加速卡出貨量爆增。英偉達的OAM卡尺寸大小不足半張A4紙，但是功率可以達到700W甚至更高，這就要求功率系統(tǒng)的密度也實現(xiàn)指數(shù)級的增長。

根據(jù)英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應用管理經(jīng)理董唯一的解釋，在一塊GPU板上，DC-DC的用量將超過60顆，這個數(shù)量是服務器CPU板所用DC-DC的1.5倍。此外，還有POL、傳統(tǒng)的數(shù)字控制器、Power Stage等，這些產(chǎn)品不僅占板面積很大，并且對于整體效率、對于主芯片性能的影響都是極大的，如果AI芯片要發(fā)揮出最高功效，周圍的電源設計至關(guān)重要。

英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應用管理經(jīng)理 董唯一

多年來，英飛凌一直積極推動低碳化和數(shù)字化進程。應對AI加速計算帶來的功率設計挑戰(zhàn)，日前，英飛凌面向服務器、AI、數(shù)據(jù)通信、電信和存儲市場推出了TDA388xx系列產(chǎn)品。最新的12A和20A同步降壓穩(wěn)壓器采用快速恒定導通時間（COT）控制模式來優(yōu)化性能。這種方法可確?？焖?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1714949.html">瞬態(tài)響應，能夠最大程度地減少無源元件數(shù)量并節(jié)省電路板空間。

12A和20A同步降壓穩(wěn)壓器，適用于DC-DC POL應用

據(jù)介紹，英飛凌推出的TDA388xx系列穩(wěn)壓器在功率系統(tǒng)效率和設計緊湊性方面實現(xiàn)了重大飛躍。前兩年的缺芯潮下，市場上方案的封裝多樣性給供應鏈帶來了很大的不確定性。英飛凌推出的該系列產(chǎn)品具有通用性，能夠為客戶提供更大的選擇余地，降低了供應鏈風險。此外，英飛凌對系統(tǒng)有深刻理解，在數(shù)字控制器和Power Stage方面占有率高，能夠提供更穩(wěn)定的系統(tǒng)級解決方案。

該系列穩(wěn)壓器能夠在4.0 V至16 V的寬輸入電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，并且可以通過外部偏置電源進一步擴展在各種DC-DC應用場景中的應用范圍。

根據(jù)董唯一的介紹，這款產(chǎn)品擁有五大特點：第一，可變換頻率范圍從600kHz到1MHz可調(diào)；第二，軟啟動時間最低可達1ms；第三，使用voltage模式；第四，有電源良好輸出指示信號；第五，單晶圓產(chǎn)品性價比高。

TDA388xx系列產(chǎn)品共有四款降壓穩(wěn)壓器（TDA38812、TDA38813、TDA38825和TDA38826），均具有獨一無二的內(nèi)部補償功能，不僅提高了易用性，還減少了對外部半導體組件的需求。該系列產(chǎn)品采用了適合各種應用的通用性設計，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)精準的控制，而且支持固定頻率連續(xù)導通模式（FCCM）和不連續(xù)導通模式（DCM）。此外，TDA388xx系列穩(wěn)壓器還可通過外部基準輸入實現(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)品系列的適應性和效率。

此外，TDA388xx產(chǎn)品系列的關(guān)鍵特性之一是其內(nèi)置多種保護功能，包括預偏壓啟動和熱補償電流限制以及過壓保護（OVP）和欠壓保護（UVP）等，即使在故障情況下也能確保系統(tǒng)安全。為了提高安全性，英飛凌還在TDA388xx產(chǎn)品系列中加入了熱關(guān)斷功能。該產(chǎn)品系列采用符合ROHS標準的QFN-21封裝，能夠在-40°C至125°C 的溫度范圍內(nèi)有效工作。憑借這些特性，TDA38825/26/12/13適用于要求嚴苛的功率系統(tǒng)環(huán)境。

AI計算驅(qū)動下，功率系統(tǒng)發(fā)展方向

在AI趨勢下，功率系統(tǒng)密度提高、集成度提升已經(jīng)成為必然的方向。預見這一趨勢，英飛凌近年來持續(xù)在推出性價比更高、集成度更高的POL產(chǎn)品。由于GPU比以往的CPU對動態(tài)響應要求更高，而動態(tài)響應直接影響了主芯片的性能，因此，在最新的POL產(chǎn)品中，英飛凌使用了獨有的FAST COT技術(shù)，控制模式也從voltage mode轉(zhuǎn)到了current mode，這都是順應AI需求所做出的變化。

英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部高級主任工程師吳煉介紹，F(xiàn)AST COT有內(nèi)部的諧波補償，不需要外部硬件補償線路，能夠簡化外圍設計，且輸出電容是全陶瓷的，不需要大的SP Cap或者電解電容，同時輸出紋波也非常小。3mm×4mm QFN-21的封裝，全陶瓷輸出電容，整體功率密度得到了提升。

英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部高級主任工程師 吳煉

談及在集成POL方面的產(chǎn)品策略，董唯一介紹，在小電流方面，即12A、20A產(chǎn)品采用單晶圓技術(shù)，這也符合整個市場的趨勢和要求，主打性價比和性能；25A和40A產(chǎn)品方面，英飛凌會保持自己之前的工藝，將芯片推向更高效和更好性能的方向，考慮到大電流的承載能力問題，盡量采用多晶圓方式。她補充，市面上能做40A DC-DC POL的廠商并不多，英飛凌的方案很有優(yōu)勢。

至于隨著AI的發(fā)展和落地，將進一步給電源帶來怎樣的變革？董唯一表示，除了功率密度的提升、新的封裝工藝等，英飛凌會和客戶探討未來垂直供電的可能性。此外，一個探討的重點仍是如何繼續(xù)提高性價比，不僅性能要好，成本控制也要做得更優(yōu)秀。