AI计算能耗令人望而生畏，功率系统如何变革？

ChatGPT等AI应用的高速发展，除了对算力带来越来越大的需求，相应地，也对功率系统设计带来更高要求。

一直以来，我们所熟知的x86服务器是以CPU为核心的系统，两三年前的主流加速卡几乎都是能够进行推理计算的PCIe卡。然而，随着AI概念的爆火，特别是大模型训练成为主流后，GPU加速卡出货量爆增。英伟达的OAM卡尺寸大小不足半张A4纸，但是功率可以达到700W甚至更高，这就要求功率系统的密度也实现指数级的增长。

根据英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部应用管理经理董唯一的解释，在一块GPU板上，DC-DC的用量将超过60颗，这个数量是服务器CPU板所用DC-DC的1.5倍。此外，还有POL、传统的数字控制器、Power Stage等，这些产品不仅占板面积很大，并且对于整体效率、对于主芯片性能的影响都是极大的，如果AI芯片要发挥出最高功效，周围的电源设计至关重要。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部应用管理经理 董唯一

多年来，英飞凌一直积极推动低碳化和数字化进程。应对AI加速计算带来的功率设计挑战，日前，英飞凌面向服务器、AI、数据通信、电信和存储市场推出了TDA388xx系列产品。最新的12A和20A同步降压稳压器采用快速恒定导通时间（COT）控制模式来优化性能。这种方法可确保快速瞬态响应，能够最大程度地减少无源元件数量并节省电路板空间。

12A和20A同步降压稳压器，适用于DC-DC POL应用

据介绍，英飞凌推出的TDA388xx系列稳压器在功率系统效率和设计紧凑性方面实现了重大飞跃。前两年的缺芯潮下，市场上方案的封装多样性给供应链带来了很大的不确定性。英飞凌推出的该系列产品具有通用性，能够为客户提供更大的选择余地，降低了供应链风险。此外，英飞凌对系统有深刻理解，在数字控制器和Power Stage方面占有率高，能够提供更稳定的系统级解决方案。

该系列稳压器能够在4.0 V至16 V的宽输入电压范围内稳定工作，并且可以通过外部偏置电源进一步扩展在各种DC-DC应用场景中的应用范围。

根据董唯一的介绍，这款产品拥有五大特点：第一，可变换频率范围从600kHz到1MHz可调；第二，软启动时间最低可达1ms；第三，使用voltage模式；第四，有电源良好输出指示信号；第五，单晶圆产品性价比高。

TDA388xx系列产品共有四款降压稳压器（TDA38812、TDA38813、TDA38825和TDA38826），均具有独一无二的内部补偿功能，不仅提高了易用性，还减少了对外部半导体组件的需求。该系列产品采用了适合各种应用的通用性设计，并提供可供选择的开关频率和软启动功能。

由于具备可编程的电流限制，这些稳压器可以实现精准的控制，而且支持固定频率连续导通模式（FCCM）和不连续导通模式（DCM）。此外，TDA388xx系列稳压器还可通过外部基准输入实现电压追踪。这一灵活性对于满足不同的功率系统要求至关重要。上述特性共同提升了该稳压器产品系列的适应性和效率。

此外，TDA388xx产品系列的关键特性之一是其内置多种保护功能，包括预偏压启动和热补偿电流限制以及过压保护（OVP）和欠压保护（UVP）等，即使在故障情况下也能确保系统安全。为了提高安全性，英飞凌还在TDA388xx产品系列中加入了热关断功能。该产品系列采用符合ROHS标准的QFN-21封装，能够在-40°C至125°C 的温度范围内有效工作。凭借这些特性，TDA38825/26/12/13适用于要求严苛的功率系统环境。

AI计算驱动下，功率系统发展方向

在AI趋势下，功率系统密度提高、集成度提升已经成为必然的方向。预见这一趋势，英飞凌近年来持续在推出性价比更高、集成度更高的POL产品。由于GPU比以往的CPU对动态响应要求更高，而动态响应直接影响了主芯片的性能，因此，在最新的POL产品中，英飞凌使用了独有的FAST COT技术，控制模式也从voltage mode转到了current mode，这都是顺应AI需求所做出的变化。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级主任工程师吴炼介绍，FAST COT有内部的谐波补偿，不需要外部硬件补偿线路，能够简化外围设计，且输出电容是全陶瓷的，不需要大的SP Cap或者电解电容，同时输出纹波也非常小。3mm×4mm QFN-21的封装，全陶瓷输出电容，整体功率密度得到了提升。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级主任工程师 吴炼

谈及在集成POL方面的产品策略，董唯一介绍，在小电流方面，即12A、20A产品采用单晶圆技术，这也符合整个市场的趋势和要求，主打性价比和性能；25A和40A产品方面，英飞凌会保持自己之前的工艺，将芯片推向更高效和更好性能的方向，考虑到大电流的承载能力问题，尽量采用多晶圆方式。她补充，市面上能做40A DC-DC POL的厂商并不多，英飞凌的方案很有优势。

至于随着AI的发展和落地，将进一步给电源带来怎样的变革？董唯一表示，除了功率密度的提升、新的封装工艺等，英飞凌会和客户探讨未来垂直供电的可能性。此外，一个探讨的重点仍是如何继续提高性价比，不仅性能要好，成本控制也要做得更优秀。