AIGC時(shí)代算力激增，電源IC如何支持更高的功率密度？英飛凌推出內(nèi)置Fast COT的POL集成式同步降壓穩(wěn)壓器

AIGC時(shí)代給數(shù)據(jù)中心算力提出了新的挑戰(zhàn)，為了實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的模型計(jì)算，數(shù)據(jù)中心需要更強(qiáng)大的算力芯片和更多的并行策略，這分別意味著更高的系統(tǒng)功耗和通信帶寬。

近年來隨著AI應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)也發(fā)生了變化。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以服務(wù)器為架構(gòu)的，而現(xiàn)在AI應(yīng)用正在促使數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)向AI服務(wù)器。AI服務(wù)器與傳統(tǒng)服務(wù)器的最主要的區(qū)別在于內(nèi)部配置了更多的以算力為主導(dǎo)的GPU板卡。在兩三年前，數(shù)據(jù)中心的加速卡大多是CPU的PCIe卡，主要進(jìn)行一些推理運(yùn)算；但在近一兩年隨著AI的概念爆火，大模型訓(xùn)練任務(wù)成為主流，OAM卡的出貨量爆增。這些GPU加速卡對于電源IC提出了更高功率、更高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和更高功率密度的要求。

相比于傳統(tǒng)的PCIe卡，OAM卡提供了更高的能效比和更強(qiáng)的計(jì)算能力，但同時(shí)也需要更高的功率支持。舉例而言，一張英偉達(dá)OAM卡的尺寸大小不足以半張A4紙，但是功率可以達(dá)到700W甚至更高。因此隨著AIGC的不斷深化，數(shù)據(jù)中心的功率密度越來越高。此外，GPU加速卡比CPU計(jì)算卡對于動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求更高。更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)將會(huì)直接影響整個(gè)主芯片的性能，關(guān)系到主芯片算力是否能夠發(fā)揮到極致。

在我們邁向AGI的過程中，數(shù)據(jù)中心的高性能AI芯片的供電需求挑戰(zhàn)不斷提高，而所有的這些挑戰(zhàn)，都落到了給AI芯片供電的電源IC身上。為了應(yīng)對這一系列的挑戰(zhàn)，英飛凌于近日推出了全新的智能DC-DC POL芯片 TDA388xx系列產(chǎn)品，該芯片集成了英飛凌獨(dú)有的OptiMOS MOSFET以及Fast COT（快速恒定導(dǎo)通時(shí)間）引擎。

“據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一塊服務(wù)器級(jí)GPU加速卡上的DC-DC用量將超過60顆，這個(gè)數(shù)量是服務(wù)器的CPU板子上的1.5倍?！庇w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 分享到，“除了今天要給大家介紹的POL，即集成了控制器和MOSFET的DC-DC以外，其實(shí)還有傳統(tǒng)的數(shù)字控制器和Power Stage（功率級(jí)），這些產(chǎn)品不僅占板面積很大，并且整個(gè)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IC一定是非常重要的?！?

TDA388xx系列：單晶圓的POL功率模塊

TDA388xx系列是英飛凌面向服務(wù)器、AI、數(shù)據(jù)通信、電信和存儲(chǔ)市場推出的同步降壓穩(wěn)壓器產(chǎn)品，內(nèi)部集成了POL、電感和其他無源組件，因此也可以看作是一個(gè)單晶圓的IPOL功率模塊。該系列產(chǎn)品共有四款降壓穩(wěn)壓器（TDA38812、TDA38813、TDA38825 和 TDA38826），其中TDA38825和TDA38826是20A的輸出電流，而TDA38812和TDA38813則是12A的輸出電流。

據(jù)了解，此次英飛凌推出的全新DC-DC POL芯片，具備五大特點(diǎn)：第一，可變換頻率，600KHz～1MHz之間可調(diào)節(jié)；第二，軟啟動(dòng)時(shí)間極短，最快為1毫秒；第三，控制模式從voltage mode轉(zhuǎn)到了current mode；第四，具有電源良好輸出指示信號(hào)；第五，這是一個(gè)單晶圓的產(chǎn)品，具備更高性價(jià)比。

董唯一表示，相比其他競品，TDA388xx系列具備很高的性能。因?yàn)閮?nèi)部集成了FAST COT的引擎，可以讓客戶在該產(chǎn)品的調(diào)試過程中可以更便捷高效；而較寬的輸入輸出電壓范圍（輸入2.7V-16V，輸出0.6V-5.5V），則可以覆蓋市面上絕大多數(shù)的目標(biāo)應(yīng)用中的AI芯片的供電需求。

值得一提的是，該產(chǎn)品仍采用難了市面上的通用的QFN-21（3 mm x 4 mm）封裝形式，這讓客戶更容易在PCB較小改動(dòng)的前提下實(shí)現(xiàn)芯片替換，方便客戶提前準(zhǔn)備好供應(yīng)鏈穩(wěn)健的替代選型方案。

不止于此，TDA388xx系列還可以搭配英飛凌的數(shù)字控制器和Power Stage產(chǎn)品，為客戶提供一個(gè)完整的系統(tǒng)級(jí)解決方案。這可以幫助客戶在基于系統(tǒng)層次的理解上去設(shè)計(jì)，并有效幫助其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能提升。

據(jù)英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部 高級(jí)主任工程師 吳煉 介紹，該系列POL產(chǎn)品采用的英飛凌自有專利的FAST COT架構(gòu)，帶有內(nèi)部的諧波補(bǔ)償，不需要外圍的參數(shù)調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)非常小的紋波，整個(gè)動(dòng)態(tài)的響應(yīng)非?？?，可以對高性能需求實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。“當(dāng)有動(dòng)態(tài)負(fù)載，電壓過沖跟下沖，我們這邊可以很快調(diào)回來，不會(huì)有缺陷的問題?！?

而單晶圓的設(shè)計(jì)，相當(dāng)于把控制器、Driver、包括上下管放在一個(gè)晶圓里。相比起多晶圓的設(shè)計(jì)而言，能夠提供更低的成本，而良率、可靠性和散熱等挑戰(zhàn)也同樣存在。英飛凌通過多年在制造封裝上的沉淀，通過客服克服一系列的制造挑戰(zhàn)，在單晶圓上實(shí)現(xiàn)了高達(dá)20A的承載能力，從而提供了單晶圓的集成POL DC-DC產(chǎn)品，為業(yè)界提供了更具性價(jià)比的選擇。

走向AI數(shù)據(jù)中心，電源IC的價(jià)值凸顯

當(dāng)我們提起數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)變，從服務(wù)器架構(gòu)轉(zhuǎn)向GPU為主的AI數(shù)據(jù)中心，更多的關(guān)注點(diǎn)都在于提供核心算力的CPU、GPU、TPU和專用ASIC等，而對于電源IC似乎不太重視。然而在董唯一看來，電源是為主芯片“輸送養(yǎng)料的支撐骨血”，若無很好的電源IC器件和電源電路設(shè)計(jì)，主芯片也就難以發(fā)揮出真正強(qiáng)大的AI性能?！昂芏喾?wù)器的數(shù)據(jù)中心都會(huì)有一些軟件崩潰、宕機(jī)這種情況的發(fā)生，這種發(fā)生有可能是外界的因素，也有可能產(chǎn)生電源問題導(dǎo)致的宕機(jī)，這也是為什么電源設(shè)計(jì)在CPU中很重要。”董唯一解釋到。

而英飛凌一直密切關(guān)注著數(shù)據(jù)中心的供電需求的變化，一直跟隨業(yè)界需求推出更新迭代的POL系列產(chǎn)品。從很早的英特爾VR11系列處理器的供電就開始進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，其MOSFET工藝也在不斷地迭代升級(jí)，從電壓控制型進(jìn)化到現(xiàn)在的COT控制，從更大的封裝演變成現(xiàn)在的3x4mm的小封裝。英飛凌的Power IC一直支撐著數(shù)據(jù)中心功率密度的增長，而這種長久的支撐力來自其三大優(yōu)勢。

首先，當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心的PSU（Power Supply Unit）擁抱碳化硅和氮化鎵技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)趨勢，而英飛凌已經(jīng)有了從前道到后道的垂直供應(yīng)鏈支撐和相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)。其次，英飛凌非常先進(jìn)的后道封裝工藝，未來還可以進(jìn)一步在電源IC中實(shí)現(xiàn)電感集成的IC，這樣可以進(jìn)一步縮小芯片的面積，進(jìn)而幫助客戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功率密度提升。第三，英飛凌擁有完備的電源IC產(chǎn)品布局和智能軟件支持，比如電源保護(hù)、DC-DC 電源等，能夠給客戶提供系統(tǒng)級(jí)的解決方案，這些產(chǎn)品支撐著英飛凌推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的電源供電走向數(shù)字化和低碳化。

滿足當(dāng)下的應(yīng)用需求的同時(shí)，英飛凌也在積極和業(yè)界領(lǐng)先客戶一起探討AI發(fā)展將會(huì)給電源行業(yè)帶來哪些新的變革。例如第三代化合物半導(dǎo)體的滲透、從傳統(tǒng)供電走向垂直供電等，都是未來電源技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。但不論是何種技術(shù)趨勢，都是來自于應(yīng)用端的客戶需求的推動(dòng)。對于電源IC產(chǎn)品而言，時(shí)刻滿足客戶的供電需求，從市場給出的趨勢才是關(guān)鍵。

“對于很多AI客戶來說，他們也無法預(yù)測下一代的產(chǎn)品究竟會(huì)變成什么樣子，但是他們認(rèn)為符合客戶的就是符合這個(gè)市場的。英飛凌也同意這個(gè)觀點(diǎn)，我們會(huì)更緊密的跟客戶，跟行業(yè)翹楚進(jìn)行配合和溝通，來制定我們產(chǎn)品的發(fā)展方向?！倍ㄒ唤忉尩?。