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AI芯片爆发成长,电源IC挑战空前

2024年1月30日
  • 编辑:Ana Hu
  • 中国出海半导体网

 

在人工智能(AI)迅猛崛起的时代,电源产品的角色日益凸显。高性能计算产品,如AI、GPU和DPU,对功率密度的需求持续攀升,已远超传统服务器CPU的局限。以英伟达的OAM卡为例,其体积虽小如半张A4纸,却拥有惊人的700W以上功率,这指数级的功率密度增长给电源IC带来前所未有的挑战,突显了在高性能计算领域中电源产品的关键作用和面临的重大挑战。

为何在AI芯片中,电源产品显得如此关键?

在最近一场媒体交流会上,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针对这个问题,如此解释道:首先,无论是CPU还是AI芯片,它们的性能在很大程度上依赖于电源。通常人们更注重主芯片,而忽略了电源的重要性。然而,电源就像是为芯片输送养分的基础设施。缺乏稳定的电源,CPU和AI芯片将无法发挥其强大性能。以服务器数据中心为例,软件崩溃或系统宕机通常被外界归咎于其他因素,但这些问题往往与电源有关,凸显了电源设计在CPU系统中的至关重要性。

董唯一还指出,某些GPU板上DC-DC转换器的使用量已超过60颗,是服务器CPU板的1.5倍。AI应用的电源应用周围还包括传统的数字控制器和Power Stage等多种器件。这些产品不仅占据板面积,对整体效率的影响,对主芯片性能的冲击都是极大的。

为了应对AI应用对高功率密度的需求,作为电源领域的龙头半导体厂商,英飞凌正在从多个方面进行创新:

1)技术代际演进:未来,英飞凌的电源产品将采用更先进的碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)技术,已在PSU产品线中展现出显著成果。

2)封装工艺的革新:英飞凌借助先进的封装工艺,推出体积更小、功率密度更大的最新一代产品。同时,集成电感的产品进一步缩小芯片面积,为客户提供更多设计空间。

3)系统级架构优化:英飞凌不仅关注从12V到GPU的电源架构,还在研发48V解决方案,致力于垂直供电产品的开发,以提升整个AI系统和数据中心的效能。

4)电源产品之外的支持:除了电源产品,英飞凌还提供电源保护和DC-DC转换器等支持数据中心电源数字化和低碳化转型的解决方案。

面对市场挑战,英飞凌采取了差异化的产品策略。在集成的POL部分,对于小电流产品(如12A、20A),采用单晶圆技术,以实现成本效益和性能的最佳平衡,因为单晶圆的芯片成本明显低于多晶圆。对于25A和40A产品,英飞凌继续采用传统工艺,以追求更高效和性能。英飞凌的快速恒定导通时间(COT)技术将简化客户的设计流程,提升使用便利性。

除了产品策略,英飞凌还制定了生产策略,包括利用自家晶圆厂和多个后道晶圆厂来保障产品供应,以应对市场波动。

英飞凌推出针对AI市场的高效稳压器

近日,英飞凌推出了包括12A和20A的TDA388xx系列产品,由于采用了英飞凌自己的Fast COT引擎,因此,非常适合于服务器、AI、数据通信、电信和存储市场。TDA388xx系列产品共有四款降压稳压器,分别是TDA38812、TDA38813、TDA38825和TDA38826。

图:英飞凌TDA388xx系列同步降压稳压器

图:英飞凌TDA388xx系列同步降压稳压器

这款产品具备五个显著特点:1)可调频率:产品支持频率变换,可在600KHz至1MHz范围内自由调节。2)快速软启动:具备极短的软启动时间,最快可达1毫秒。3)电压模式操作:采用了电压模式控制。4)电源状态指示:配备了电源良好的输出状态指示信号。5)单晶圆设计:产品的核心是一个单晶圆,这种设计使得产品在提升性价比方面具有显著优势。

随着AI技术的不断发展,AI芯片的功耗和性能还将进一步提高。这对电源系统提出了更高的要求。电源设计需要不断创新,才能满足AI芯片对电源系统的特殊要求。