本文來自微信公眾號“電子發(fā)燒友網”，作者/黃山明。
隨著AI技術的快速發(fā)展，AI芯片的功耗和性能也在不斷提升，這對電源系統(tǒng)提出了更高的要求。為了滿足AI芯片對電源系統(tǒng)的特殊需求，電源設計需要不斷創(chuàng)新。這些要求包括能夠提供更穩(wěn)定的供電電壓，以適應元器件的高精密度要求。
而AI算力產業(yè)新要求的出現(xiàn)，也意味著電源管理芯片（PMIC）迎來了新的需求，上海貝嶺便在回復投資者提問時直白地表示，正關注AI算力領域所帶來的相關電源管理芯片和功率器件產品的需求。
從性能指標上來看，在AI和高性能計算設備對功率的需求不斷增加下，PMIC需要能夠在更小的封裝中提供更高的功率輸出。同時為了減少熱損耗并提高系統(tǒng)的整體能效，PMIC需要具備高轉換效率，特別是在高負載條件下。
而AI算法的迭代快速，對應的硬件平臺也需要靈活調整，這就要求PMIC能夠支持多種電壓軌配置，且可以通過軟件或固件進行動態(tài)電壓和頻率調整（DVFS），以適應不同的運算負載和能效需求。
具體來說，為了滿足大芯片如CPU和GPU的供電需求，需要使用多相電源管理芯片來分攤負載，實現(xiàn)更低的輸出電壓紋波、更高的能量效率和更好的瞬態(tài)性能。
另一方面，由于AI芯片往往包含多個核心和組件，需要多個獨立、穩(wěn)定且精確的電壓源，所以PMIC應具備多通道輸出能力，能夠生成不同電壓級別的電源。并且AI應用可能會帶來較高的發(fā)熱量，因此PMIC還需要具備良好的熱穩(wěn)定性，通過溫度監(jiān)測和智能調節(jié)來確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并延長電池壽命。
當然，為了節(jié)省空間并簡化電路設計，PMIC趨向于集成更多的功能，如過壓保護、熱保護、電流限制等。而且很重要的一點是，PMIC需要兼容多種處理器和平臺，如Intel、AMD等，并支持可擴展的配置以適應不同的應用需求。
這些要求都對目前PMIC設計提出了一定的挑戰(zhàn)，不過面對廣闊的市場，已經有不少企業(yè)提出了相應的解決方案。比如隨著AI的增加，AI服務器需求大增，數(shù)據顯示電源需求為通用服務器的4倍，而DRMOS需求量增暴增10倍。
多家企業(yè)為AI推出PMIC解決方案
在AI服務器電源的設計當中，多相控制器和DrMOS，共同構成了多相Buck電源系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠為CPU、GPU及ASIC等核心部件提供低壓、高功耗的供電解決方案。在AI服務器中，由于GPU相較于CPU具有更高的功耗，因此對多相電源的需求也相應提高。例如，一顆NVIDIA H100 GPU可能需要40-50顆DrMOS來滿足其供電需求。
AI服務器通常采用的多相控制器配合DrMOS的數(shù)量也有所不同。一般來說，服務器CPU供電會使用8-12相的多相電源，而PC CPU供電則可能使用4-6相的多相電源。隨著AI和高性能計算（HPC）的發(fā)展，AI服務器對于多相控制器及DrMOS構建的多相DC-DC系統(tǒng)的需求也在提升，這些系統(tǒng)主要用于給SoC、CPU、GPU等大算力芯片供電。
據市場資料顯示，目前國外廠商主導多相控制器和DrMOS市場，國內相關領域還較為空白。一方面在于DrMOS設計難點較多，如需要大功率大電流的BCD工藝，設計與封裝上也有點難度。
目前DrMOS主流廠商為MPS、ADI、TI與安森美等，國內公司還處于萌芽起步階段。代表企業(yè)如杰華特，在2022年DrMOS便已經量產出貨，在PMIC領域擁有業(yè)界領先的全品類產品設計開發(fā)能力。
而晶豐明源已經發(fā)布了國產10相數(shù)字控制電源管理芯片BPD93010，可以用于為CPU、GPU、AI等大功率計算芯片供電，能夠應用于服務器、數(shù)據中心等領域。
不過目前業(yè)內有種聲音，隨著AI技術的發(fā)展，比如谷歌在完全融入AI后，其搜索引擎耗電量將達到過去的十倍，有數(shù)據顯示，2026年AI行業(yè)消耗的電力將是去年的十倍。
因此降低AI系統(tǒng)的能耗成為另一個關鍵，而優(yōu)化電源管理系統(tǒng)，提高AI核心處理器電源管理效率是其中一條路。但隨著AI的普及，傳統(tǒng)的AC/DC、DC/DC、包括多相電源控制器和DrMOS功率級組合等方案，效率可能已到天花板，或許還需要其他思路。
比如希荻微設計了大電流DC/DC方案，還可以通過并聯(lián)模式實現(xiàn)更大電流的輸出，能夠實現(xiàn)輸出電流提升20%，運行電力節(jié)省23%的效果。其推出的DC/DC芯片HL7603，能滿足AI手機對電池管理的高效需求。
而PI則推出了AC-DC-協(xié)議全集成控制器InnoSwitch3-PD，不僅降低了電源管理電路的復雜性，還節(jié)省了空間和成本，同時充電速度和功率管理可以更加靈活和智能化，還具有額外的保護和監(jiān)控功能，確保電子設備的安全運行。
小結
隨著AI和機器學習應用的增長，對這些高性能電源解決方案的需求預計將持續(xù)增加。未來可能會有更多創(chuàng)新的電源管理芯片問世，以適應更高效能和更復雜系統(tǒng)的電源需求。
