电源是支撑AI芯片性能的关键!未来Power产品将走向碳化硅、氮化镓技术

2024-01-26 11:30:23 来源:NancyZhou,EETOP 综合编辑

现代功率系统需要高效且设计紧凑的稳压器。为了应对这一挑战,近日,英飞凌科技股份公司面向服务器、AI、数据通信、电信和存储市场推出了适用于DC-DC POL应用且内置快速COT架构的12A和20A同步降压稳压器TDA388xx系列产品。

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近年来,随着AI的概念爆火,训练大模型成为主流之后,整个OAM的出货量爆增。英伟达OAM卡的尺寸大小不足半张A4纸,但是功率可以达到700W甚至更高,这就要求功率密度也呈指数级的增长,而支撑这个功率密度的就是Power(电源)IC。


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据统计,在一块客户GPU的板子上,DC-DC的用量将超过60颗半导体DC-DC的产品,这个数量是服务器的CPU板子上的1.5倍。除了集成了控制器和MOSFET的DC-DC以外,其实传统的数字控制器和Power Stage,这些产品不仅占板面积很大,并且整个对于效率的影响,对于主芯片性能的影响都是极大的,如果AI芯片想发挥出最高的功效,周围的电源一定是非常重要的。


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介绍说:“12A和20A POL系列产品最重要的一个特征,就是它采用了英飞凌自己的Fast COT引擎。因此,就可以使得英飞凌整个产品架构更符合服务器、AI、包括GPU、通信等客户的需求。”据介绍,英飞凌此次推出的TDA388xx系列产品拥有五大特点:

  • 产品是可变换频率的,范围从600KHz到1MHz都可调;

  • 软启动的时间,最小可以达到一毫秒;

  • 使用voltage模式;

  • 电源良好输出指示信号;

  • 是一个单晶圆的产品,里面只有一个晶圆,最大的好处是性价比可以提高。


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董唯一,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

 

英飞凌新推出的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。其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。并且,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。此外,最新的12 A和 20 A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。

 

TDA388xx系列稳压器用途广泛,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。此外该系列产品采用符合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特别适用于要求严苛的功率系统环境。

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董唯一进一步分享,其实英飞凌做这一系列产品的动因有两个:

  • 第一,基于前两年的缺芯潮。英飞凌希望可以降低客户的供应链风险,因此,英飞凌做的这一系列产品在市场上都是可以通用的产品,从而可为用户提供更大的选择余地。

  • 第二,英飞凌研发的POL产品,更加配合整个产品的系统去使用,可以给客户提供更稳定和更可靠的整体的系统级解决方案,这也是推出12A和20A POL的原因所在。  

 

英飞凌认为,在小电流的部分,即12A、20A这一部分的产品将采用单晶圆的技术,该技术也符合整个市场的趋势和要求,主打性价比和性能,因为单晶圆的芯片成本一定比多晶圆的低。至于25A和40A,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。即将会用COT技术,可以有效地帮助工程师简化整个设计的流程。

 

据介绍,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,这不仅提高了易用性,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。

 

随着AI的发展,功率的提升带来整个功率密度正呈指数型增长,这必将会给电源行业带来重大的变革。无论是CPU,还是AI芯片,产品的支撑点都在电源部分。如果没有电源,就无法发挥出CPUAI强大的性能。对于AI芯片而言,整个功率的算力想要发挥出来,甚至是AI芯片的性能想要发挥出来,供电的动态响应对它的影响很大。

 

英飞凌是power(电源)领域的市场领导者。在Power IC支撑着功率密度的增长方面,英飞凌主要表现在以下四大方面:

  • 代际的演进,未来Power(电源)产品会走向碳化硅、氮化镓技术。

  • 英飞凌拥有非常先进的封装工艺,这项工艺现在也应用到英飞凌最新一代的产品中。另外,英飞凌未来会做一些集成电感的产品,可以进一步缩小芯片的面积,给客户更大的空间,使得他们的板子也好,他们的产品也好,功率密度更大。

  • 英飞凌拥有系统级的架构。不仅仅是从12V电源GPU。现在的架构未来都会到48V,而英飞凌有自己48V的解决方案。此外,英飞凌现在也在做关于垂直供电的产品。

  • 除了电源产品以外的一些支撑,比如还有一些电源保护,DC-DC 的电源,所有产品支撑着英飞凌推动数据中心的电源供电走向数字化,走向低碳化。


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