AI系統(tǒng)供電電源芯片及解決方案
（文/程文智）AI在這幾年發(fā)展特別迅速，大家普遍比較關(guān)注的點(diǎn)在于AI的算力、算法和大數(shù)據(jù)。這三大核心元素確實(shí)很重要，但其實(shí)還有一個(gè)我們大家沒(méi)怎么關(guān)注，但卻不可或缺的元素也在不斷發(fā)展中，那就是AI系統(tǒng)的供電電源芯片及解決方案。今天就讓我們來(lái)看看有哪些廠商提供了AI系統(tǒng)的電源芯片和解決方案。
Maxim的小尺寸AI系統(tǒng)供電芯片及解決方案
就在ADI官宣正式完成對(duì)Maxim合并的前兩天，Maxim發(fā)布了一款給AI處理器核供電的雙輸出穩(wěn)壓電源MAX16602，及智能電源級(jí)IC MAX20790。據(jù)悉，MAX16602高效內(nèi)核穩(wěn)壓器采用了耦合電感器和但芯片雙邊冷卻智能功率級(jí)IC。該器件具有增強(qiáng)的瞬態(tài)響應(yīng)和低靜態(tài)電流。通過(guò)單相智能功率級(jí)，額外的單相輸出可系統(tǒng)中生成VSA電源軌。
完整電路是一款高效 (8+1) 多相同步降壓轉(zhuǎn)換器，具有各種狀態(tài)和參數(shù)測(cè)量功能。該控制器還支持PWM并聯(lián)，以控制多達(dá)16個(gè)相位，也就是說(shuō)，MAX16602的設(shè)計(jì)方案非常靈活，可從2相擴(kuò)展至16相，以滿足不同輸出電流的要求，通常為60A至800A，或者更高；此外，還可定制薄型(<4mm)耦合電感，提供多種規(guī)格尺寸，例如外圍元件快速互連(PCIe)和OCP加速器模塊(OAM)等。
圖：MAX16602的典型工作電路（來(lái)源：MAX16602數(shù)據(jù)手冊(cè)）
MAX16602的主要特性包括：
一是高功率密度和效率。其智能電源級(jí)支持MAX20778/A, MAX20779/A/B/C, MAX20780, MAX20790, MAX16604；效率方面，在1.8V輸出電壓、200A負(fù)載條件下，效率高于95%；集成了輸入功率監(jiān)控器。
二是可通過(guò)PMBus進(jìn)行遙測(cè)。具有數(shù)字可編程配置，輸入電壓、電流和功率監(jiān)控，以及功率級(jí)溫度監(jiān)控和報(bào)告功能。
三是高級(jí)電源管理。除了可自主切相外，還具有正交電流再平衡和低靜態(tài)電流特性。
四是具有比較完善的保護(hù)特性。包括輸入和偏置電源欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)，以及關(guān)鍵故障標(biāo)記輸出引腳等保護(hù)特性。
在應(yīng)用方面，MAX16602可用于大電流多相穩(wěn)壓器、AI內(nèi)核和XPU、VR 13.HC CPU和存儲(chǔ)器、GPU、網(wǎng)絡(luò)ASIC、服務(wù)器和工作站、企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備等應(yīng)用，也就是說(shuō)，該芯片組適用于AI邊緣計(jì)算以及數(shù)據(jù)中心云計(jì)算等系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)。
英特爾的Enpirion電源解決方案
英特爾的Enpirion電源系統(tǒng)芯片（PowerSoC）模塊是DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，它整合了構(gòu)建電源所需的幾乎所有組件，同時(shí)不影響性能和效率，適用于FPGA、SoC、CPU、ASIC和其他半導(dǎo)體設(shè)備。
其中，英特爾提供的一款面向高性能系統(tǒng)的多相DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器解決方案，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，可為電流范圍在 40 A 至 200+ A 之間的高性能 FPGA、ASIC 和 SoC 的核心軌供電。
圖：英特爾Enpirion電源解決方案ED8401與ET6160搭配組成的多相DCDC轉(zhuǎn)換器解決方案（來(lái)源：英特爾）
英特爾 Enpirion電源解決方案ED8401就是一款面向高電流應(yīng)用的數(shù)字多相DC-DC降壓控制器。ET6160則是一款具有集成電流和溫度監(jiān)控器的單片70A功率級(jí)解決方案。
圖：ED8401與ET6160組合的解決方案的主要特征（數(shù)據(jù)來(lái)源：英特爾）
ET6160功率級(jí)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可與ED8401多相控制器一起運(yùn)行。ED8401 提供了一款可擴(kuò)展解決方案，支持4相、3相或2相模式運(yùn)行。該系統(tǒng)與ET6160 70A功率級(jí)解決方案相結(jié)合，針對(duì)40A到200+A的負(fù)載電流范圍進(jìn)行了優(yōu)化，可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供高效率。
英飛凌的AI數(shù)字DC-DC電源解決方案
作為功率市場(chǎng)的頭部玩家，英飛凌在AI數(shù)字DC-DC電源解決方案方面經(jīng)驗(yàn)豐富。英飛凌高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理鄭國(guó)青曾在不久前<電子發(fā)燒友網(wǎng)>舉辦的第四屆人工智能大會(huì)上表示，AI系統(tǒng)這幾年也在經(jīng)歷一個(gè)變化，過(guò)去使用的主要電壓是5V以下，如今許多產(chǎn)品的電壓已經(jīng)提升到了48V，這給DC-DC電源設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。雖然電源電壓提升到了48V，但是AI芯片的電壓并沒(méi)有上升，還是5V、3.3V、甚至是1.1V，這就需要對(duì)電源電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
圖：英飛凌用于GPU的AI系統(tǒng)電源解決方案（來(lái)源：英飛凌）
目前，英飛凌在AI數(shù)字DC-DC電源芯片方面，推出了用于高電流AI應(yīng)用的數(shù)字控制器，如Intel VR13.HC，AMD SVI2系列芯片和解決方案。未來(lái)還會(huì)推出Intel VR14 μC控制器，及AMD SVI3 μC控制器等高密度AI數(shù)字電源芯片。
圖：英飛凌在AI數(shù)字DC-DC電源芯片方面的規(guī)劃（來(lái)源：英飛凌）
Vicor針對(duì)AI應(yīng)用的PFA電源解決方案
隨著新一代CPU、GPU和AI處理器的推出，AI服務(wù)器的系統(tǒng)功率需求也在穩(wěn)步增長(zhǎng)。在機(jī)架母線設(shè)計(jì)上，從12V走向48V這樣更高的電壓已經(jīng)顯現(xiàn)出不可阻擋的趨勢(shì)。
新的PCIe卡也開(kāi)始增加48V供電的支持，OCP也給出了48V的高功率方案。也就是說(shuō)，AI服務(wù)器電壓從12V升級(jí)到48V。因?yàn)槿绻?jí)到48V，可以減少電纜數(shù)量、重量和占用空間，并降低TCO；而且，傳輸損耗可以降低16倍，電容數(shù)量可以減少4倍，所以，越來(lái)越多的AI應(yīng)用開(kāi)始將電壓提升到48V。
與前面幾家的解決方案不一樣的是，Vicor采用的是分比式電源模塊方案。據(jù)悉，該方案可以使得VTM(MCM)模塊非常小，小到可以放在距離XPU最近的位置，使得高功率密度、高效率、低噪聲的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)模塊（VR）方案成為現(xiàn)實(shí)。
結(jié)語(yǔ)
為了滿足AI應(yīng)用和深度學(xué)習(xí)快速增長(zhǎng)的需求，致力于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心開(kāi)發(fā)的工程師們需要不斷提升系統(tǒng)計(jì)算能力，但在AI性能提升的同時(shí)，空間卻變得越來(lái)越小，特別是留給電源的空間將更小。因此，高功率密度和高效率電源的需求將會(huì)更大。
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