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電源是支撐AI芯片性能的關(guān)鍵!未來Power產(chǎn)品將走向碳化硅、氮化鎵技術(shù)

2024-01-26 11:30:23 NancyZhou，EETOP 綜合編輯

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現(xiàn)代功率系統(tǒng)需要高效且設(shè)計緊湊的穩(wěn)壓器。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，近日，英飛凌科技股份公司面向服務(wù)器、AI、數(shù)據(jù)通信、電信和存儲市場推出了適用于DC-DC POL應(yīng)用且內(nèi)置快速COT架構(gòu)的12A和20A同步降壓穩(wěn)壓器TDA388xx系列產(chǎn)品。

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近年來，隨著AI的概念爆火，訓(xùn)練大模型成為主流之后，整個OAM的出貨量爆增。英偉達OAM卡的尺寸大小不足半張A4紙，但是功率可以達到700W甚至更高，這就要求功率密度也呈指數(shù)級的增長，而支撐這個功率密度的就是Power（電源）IC。

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據(jù)統(tǒng)計，在一塊客戶GPU的板子上，DC-DC的用量將超過60顆半導(dǎo)體DC-DC的產(chǎn)品，這個數(shù)量是服務(wù)器的CPU板子上的1.5倍。除了集成了控制器和MOSFET的DC-DC以外，其實傳統(tǒng)的數(shù)字控制器和Power Stage，這些產(chǎn)品不僅占板面積很大，并且整個對于效率的影響，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，周圍的電源一定是非常重要的。

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)理董唯一介紹說：“12A和20A POL系列產(chǎn)品最重要的一個特征，就是它采用了英飛凌自己的Fast COT引擎。因此，就可以使得英飛凌整個產(chǎn)品架構(gòu)更符合服務(wù)器、AI、包括GPU、通信等客戶的需求。”據(jù)介紹，英飛凌此次推出的TDA388xx系列產(chǎn)品擁有五大特點：

產(chǎn)品是可變換頻率的，范圍從600KHz到1MHz都可調(diào)；
軟啟動的時間，最小可以達到一毫秒；
使用voltage模式；
有電源良好輸出指示信號；
是一個單晶圓的產(chǎn)品，里面只有一個晶圓，最大的好處是性價比可以提高。

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董唯一，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

英飛凌新推出的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。其關(guān)鍵特性之一是其內(nèi)置多種保護功能，包括預(yù)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。并且，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。此外，最新的12 A和 20 A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。這種方法可確保快速瞬態(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。

TDA388xx系列穩(wěn)壓器用途廣泛，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(yīng)用場景中的應(yīng)用范圍。此外該系列產(chǎn)品采用符合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特別適用于要求嚴(yán)苛的功率系統(tǒng)環(huán)境。

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董唯一進一步分享，其實英飛凌做這一系列產(chǎn)品的動因有兩個：

第一，基于前兩年的缺芯潮。英飛凌希望可以降低客戶的供應(yīng)鏈風(fēng)險，因此，英飛凌做的這一系列產(chǎn)品在市場上都是可以通用的產(chǎn)品，從而可為用戶提供更大的選擇余地。
第二，英飛凌研發(fā)的POL產(chǎn)品，更加配合整個產(chǎn)品的系統(tǒng)去使用，可以給客戶提供更穩(wěn)定和更可靠的整體的系統(tǒng)級解決方案，這也是推出12A和20A POL的原因所在。

英飛凌認(rèn)為，在小電流的部分，即12A、20A這一部分的產(chǎn)品將采用單晶圓的技術(shù)，該技術(shù)也符合整個市場的趨勢和要求，主打性價比和性能，因為單晶圓的芯片成本一定比多晶圓的低。至于25A和40A，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。即將會用COT技術(shù)，可以有效地幫助工程師簡化整個設(shè)計的流程。

據(jù)介紹，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，這不僅提高了易用性，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。

隨著AI的發(fā)展，功率的提升帶來整個功率密度正呈指數(shù)型增長，這必將會給電源行業(yè)帶來重大的變革。無論是CPU，還是AI 芯片，產(chǎn)品的支撐點都在電源部分。如果沒有電源，就無法發(fā)揮出CPU、AI強大的性能。對于AI 芯片而言，整個功率的算力想要發(fā)揮出來，甚至是AI 芯片的性能想要發(fā)揮出來，供電的動態(tài)響應(yīng)對它的影響很大。

英飛凌是power(電源)領(lǐng)域的市場領(lǐng)導(dǎo)者。在Power IC支撐著功率密度的增長方面，英飛凌主要表現(xiàn)在以下四大方面：

代際的演進，未來Power（電源）產(chǎn)品會走向碳化硅、氮化鎵技術(shù)。
英飛凌擁有非常先進的封裝工藝，這項工藝現(xiàn)在也應(yīng)用到英飛凌最新一代的產(chǎn)品中。另外，英飛凌未來會做一些集成電感的產(chǎn)品，可以進一步縮小芯片的面積，給客戶更大的空間，使得他們的板子也好，他們的產(chǎn)品也好，功率密度更大。
英飛凌擁有系統(tǒng)級的架構(gòu)。不僅僅是從12V電源到GPU。現(xiàn)在的架構(gòu)未來都會到48V，而英飛凌有自己48V的解決方案。此外，英飛凌現(xiàn)在也在做關(guān)于垂直供電的產(chǎn)品。
除了電源產(chǎn)品以外的一些支撐，比如還有一些電源保護，DC-DC 的電源，所有產(chǎn)品支撐著英飛凌推動數(shù)據(jù)中心的電源供電走向數(shù)字化，走向低碳化。