AI計算能耗令人望而生畏，功率系統(tǒng)如何變革？

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

一直以來，我們所熟知的x86服務(wù)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(jìn)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(xùn)練成為主流后，GPU加速卡出貨量爆增。英偉達(dá)的OAM卡尺寸大小不足半張A4紙，但是功率可以達(dá)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(yīng)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(wù)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(shè)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(yīng)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(jìn)程。應(yīng)對AI加速計算帶來的功率設(shè)計挑戰(zhàn)，日前，英飛凌面向服務(wù)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(dǎo)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(yīng)，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(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)鏈風(fēng)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(jìn)一步擴(kuò)展在各種DC-DC應(yīng)用場景中的應(yīng)用范圍。

根據(jù)董唯一的介紹，這款產(chǎn)品擁有五大特點(diǎn)：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(dá)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(dú)一無二的內(nèi)部補(bǔ)償功能，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。

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(hù)功能，包括預(yù)偏壓啟動和熱補(bǔ)償電流限制以及過壓保護(hù)（OVP）和欠壓保護(hù)（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(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(yù)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(yīng)要求更高，而動態(tài)響應(yīng)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(dú)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(yīng)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(bǔ)償，不需要外部硬件補(bǔ)償線路，能夠簡化外圍設(shè)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(bǔ)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(jìn)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(diǎn)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。