這個芯片技術，要徹底被顛覆了

AI無疑是最近最火的技術。隨著AI迅猛發展，算力需求呈指數級增長，數據中心正在面臨一個問題——功率越來越大，耗電越來越多。

所以，這種情況下，沒有好的AI電源，AI也就不可能發揮最大的功效。此時，屬于模擬芯片廠商的機會，就來了。

最近，各大芯片廠商都在加大對于AI電源的投入，并推出了很多顛覆性的產品。

Infineon：與英偉達合作，布局800V架構

5月20日，英飛凌（Infineon）宣布與英偉達（NVIDIA） 合作，正在開發基于新架構的下一代電源系統，該架構具有800 V高壓直流電（HVDC）集中發電能力。

新的系統架構顯著提高了整個數據中心的節能配電，并允許直接在服務器主板內的AI芯片（圖形處理單元，GPU）上進行電源轉換。英飛凌在基于所有相關半導體材料硅 （Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）的從電網到核心的功率轉換解決方案方面擁有豐富的專業知識，正在加速實現全尺寸 HVDC 架構的路線圖。

根據英飛凌的說法，這一革命性一步為在加速計算數據中心實施先進的供電架構鋪平了道路，并將進一步提高可靠性和效率。隨著AI數據中心的獨立GPU數量已經超過100000個，對更高效供電的需求變得越來越重要。在這個十年結束之前，AI數據中心將要求每個IT機架的功率輸出達到1兆瓦（MW）或更高。因此，HVDC架構與高密度多相解決方案相結合，將為行業樹立新標準，推動高質量組件和配電系統的發展。

800V架構能夠帶來什么，根據英飛凌的解析，該架構不僅可以幫助英偉達實現更快、更高效和可擴展的AI基礎設施，同時能夠優化我們先進AI基礎設施的能耗。目前，AI數據中心的電力供應是分散的。這意味著AI芯片由大量電源單元（PSU）供電。未來的系統架構將是集中式的，從而盡可能地利用服務器機架中的約束空間。這將增加使用最少功率轉換級的尖端功率半導體解決方案的重要性，并允許升級到更高的配電電壓。

值得注意的是，英飛凌此前也在分散方案上釋放了兩個路線圖：一個是PSU路線圖，規劃到了12kW，；一個是BBU路線圖，也規劃到了12kW。

ST：新一代數據中心整體解決方案

ST則聚焦數據中心的能源挑戰問題，具體的方案包括：

第一，新一代數據中心整體解決方案。隨著電力需求和算力不斷提升，數據中心電源需要在有限空間內，實現更高的功率等級，并達到更高的功率密度。ST展示的一整套方案從PFC+LLC的PSU（服務器電源）轉到DC/DC架構，再由48V母線將電壓轉換為12V，并由12V多相數字電壓調節器輸出更低電壓（如3.3V、1.8V）為CPU和GPU供電。該方案完美契合AI服務器對電源功率和功率密度不斷提升的需求，構成完整的數據中心電力傳輸生態系統。

第二，最新研發的5.5kW PSU前端PFC解決方案。這套方案具有多項技術突破：采用ST第三代碳化硅（SiC）功率器件，其性能遠超傳統硅基器件；使用STGAP柵極驅動芯片進行驅動；采用TCM+CCM混合控制算法，相比單一算法能更好優化效率；結合交錯并聯的拓撲和技術，使整體方案無論是在輕載還是重載的全負載范圍內，都能更好的靈活響應，并帶來更好的熱性能，從而實現更高的效率、性能和穩定性。

基于ST SiC的優越性能，該解決方案擁有更低的導通損耗和優越的開關性能，可以工作在更高的開關頻率，從而進一步降低服務器的電源能耗，提升效率，并降低磁性元器件的體積，實現更為出色的功率密度。最終，整個5.5kW方案功率密度高達50瓦每立方英寸（W/in^3），峰值效率將高達97.5%。該方案后級的DC/DC，目前ST正在抓緊調試中。

第三，面對數據中心信息通信系統的安全方面。ST展示的方案擁有三大優勢，一是保證數據的安全存儲，二是提供安全密鑰的生成，三是提供多種算法支持，更好的保障信息安全。

第四，由意法半導體電機控制技術創新中心研發的大功率熱管理冷卻系統。該產品針對高功率帶來的散熱挑戰，覆蓋10kW、7kW、4kW等不同功率等級需求，基于高性能的STM32G4系列MCU，實現對單電機、多電機的控制，可以更好地滿足實現高效的冷卻電源管理系統。

與英飛凌相同，意法半導體也同時掌握著碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）與硅 （Si）在內的所有相關技術，在AI技術快速發展和GPU算力持續突破的背景下，數據中心綠色轉型面臨新的機遇與挑戰。ST將從三個維度推動行業可持續發展：首先，依托高效電源轉換器IC、低功耗處理器、高性能功率器件等創新半導體技術，打造高能效的電源管理解決方案，降低數據中心能耗水平；其次，開發智能監控系統，通過實時數據分析和精準控制優化能源使用效率，降低運營成本；最后，重點開發高效的溫度傳感器和智能熱管理系統，有效優化冷卻系統的運行效率，降低能耗并延長設備壽命。

ONsemi：新一代MOSFET組合和JFET技術

安森美（Onsemi）在AI服務器供電系統領域推出基于400V 直流（DC）母線架構的全鏈路電源部署方案，通過分層級供電路徑設計，實現從輸入側到主板供電的高效能電力傳輸。在其投資者簡報中，安森美展示了典型的服務器供電拓撲結構：系統以不間斷電源（UPS）、電池模塊和峰值負載調峰架（PLSS，Peak Load Shaving Shelf）為輸入起點，經主電源通路與控制器，最終連接至板載電源模塊，形成完整的供電鏈路。

針對AI高能耗問題，ONsemi最新一代T10 PowerTrench?系列和EliteSiC 650V MOSFET的強大組合為數據中心應用提供了一種完整解決方案，該方案在更小的封裝尺寸下提供了無與倫比的能效和卓越的熱性能。

其中，EliteSiC 650V SiC M3S MOSFET是為應對數據中心的能效挑戰提供的革命性方案，不僅滿足了開放式機架V3（ORV3）電源供應單元（PSU）高達97.5%的峰值效率要求，還擁有領先的品質因數（FOM）指標。與上一代產品相比，650V SiC M3S MOSFET的柵極電荷減半，并且將儲存在輸出電容(Eoss)和輸出電荷(Qoss)中的能量均減少了44%。與超級結(SJ) MOSFET相比，它們在關斷時沒有拖尾電流，在高溫下性能優越，能顯著降低開關損耗。

為進一步提升電源系統的整體效能，T10 PowerTrench 系列專為處理對DC-DC功率轉換級至關重要的大電流而設計，在緊湊的封裝尺寸中提供了更高的功率密度和卓越的熱性能，這是通過屏蔽柵極溝槽設計實現的，該設計具有超低柵極電荷和小于1毫歐的導通電阻RDS(on)。PowerTrench T10系列MOSFET覆蓋80V、40V、25V等電壓級別，不僅能夠支持中介總線轉換器（IBC）達到98%的峰值效率和5kW/in3的驚人功率密度，還以低于22%的軟開關損耗和30%的硬開關損耗，遙遙領先于市場上的其他同類產品，為實現數據中心電源供應單元和中介總線轉換器的最高能效奠定了堅實基礎。

此外，為了增強針對人工智能數據中心的電源產品組合，ONsemi去年12月已與Qorvo達成協議，以1.15億美元現金收購其碳化硅結型場效應晶體管(SiC JFET) 技術業務及其子公司UnitedSilicon Carbide。

SiC JFET的單位面積導通電阻超低，低于任何其他技術的一半。它們還支持使用硅基晶體管幾十年來常用的現成驅動器。綜合這些優勢，SiCJFET的采用能夠加快開發速度，減少能耗并降低系統成本，為電源設計人員和數據中心運營商提供顯著的價值。

MPS：開發48V新型電源架構

在追求更快計算速度的同時，GPU的能耗也在不斷上升，給數據中心和服務器帶來了巨大的能源壓力。從趨勢來看，至2027年AI/ML機架電源將向600kW發展。由于分配大電流時功率損耗隨電流的平方 (I2R) 增大，必須在背板或走線中使用更多的銅來控制配電損耗，這樣最終會限制系統的功率傳輸。

為了滿足行業新的電源需求，MPS開發了一種新型電源架構，它采用獨特的48V輸入兩級降壓方案。第一級采用4:1降壓模塊將48V轉換為12V，第二級則沿用服務器電源技術，但針對空間限制優化布板面積，推出高集成度的Power Module方案，集成了電感和驅動功能，顯著縮小體積。

此外，MPS的垂直供電方案通過將模塊直接貼合GPU背面，縮短供電路徑，降低損耗，同時解決高度和散熱挑戰。該方案采用超薄設計（4mm高度），已與多家大廠合作開發定制化供電方案，如直接通過GPU引腳供電，進一步優化性能。

目前，MPS針對AI服務器領域，既擁有水平供電 (LPD）方案，也擁有垂直供電 （VPD）方案。MPS的方案主要擁有四大優勢：第一，體量更緊湊、功率密度更高、配電損耗更低；第二，電源轉換效率更高、頂部散熱設計兼容液冷；第三，擁有嚴密的仿真計算、嚴格的出廠測試；第四，MPS能夠提供很多好用的前期評估工具，如PDN仿真工具、仿真模型、靈活的GUI等。

Vicor：發布全新48V DC/DC

今年3月，Vicor推出全新推出的DCM?系列，支持以48V為中心的供電網絡，提供更高的系統效率和性能。DCM（DCM3717和DCM3735）的功率等級從750W到2kW，功率密度達到5kW/in3，擁有業界領先地位。需要可擴展解決方案的電源系統設計人員可以并聯器件以獲得更高的功率能力。

工作輸入電壓范圍為40-60V，可產生10V至12.5V的可調穩壓輸出。DCM3717系列提供750W和1kW兩種功率選項，DCM3735則為2kW設備準備。這兩款全新的DCM產品可進行并聯，能夠快速擴展系統的功率水平。在高效率方面，這些DCM產品的峰值效率超過96%，其中DCM3717的峰值效率為96.5%，DCM3735的峰值效率為96.4%。此外，新品采用的5.2mm 薄型SM ChiP?表面貼裝封裝，具備出色的熱適應性，簡化了熱管理系統的設計。

從功率密度上來看，全新的48V DC/DC模塊擁有行業領先的功率密度，與競品相比，Vicor 功率密度約為競品的10倍以上，實現了指數級的提升。

TI：行業首創的48V集成式熱插拔器件

隨著高性能計算和人工智能不斷發展，數據中心需要高功率密度的高效解決方案來支持最新的中央處理單元、圖形處理單元(GPU) 和硬件加速器。然而，由于需要提高功率密度并轉向 48V 電源架構來滿足處理需求，這帶來了新的挑戰，尤其是在以下情況下：保持可靠性、效率和可擴展性的同時，管理大于6kW的功率級別。

不斷提高的電源要求通常會導致解決方案尺寸更大、設計復雜，且故障檢測和保護效率低下。此外，在管理高電流的同時，確保安全運行和更大限度地降低功率損耗也是一個重要問題。與分立式場效應晶體管(FET) 結合使用的傳統熱插拔控制器在高功率應用中面臨巨大的局限性。

為應對這些挑戰，德州儀器推出集成電源路徑保護的48V熱插拔電子保險絲（eFuse）器件，專為數據中心應用設計，具有高可靠性和緊湊性。與需要外部檢測電阻和電流檢測放大器的方案不同，TPS1689和TPS1685通過集成這些功能簡化了設計，在支持高功率無縫擴展的同時，將解決方案尺寸縮減高達50%。

TPS1689的差異化特性之一是消隱定時器，它通過使系統區分峰值負載電流和實際故障條件來防止誤觸發。該功能增強了系統可靠性，避免不必要的停機。器件還支持堆疊功能以提升電流處理能力，允許多個器件在高功率應用中協同工作。

集成的故障記錄黑匣子、FET安全工作區保障、主動均流和健康監測等特性進一步增強了系統彈性。TPS1689采用行業標準通用封裝，提供確保可靠運行的電源管理解決方案。

Flex：推出全新非隔離非穩壓IBC

去年10月，Flex推出了新的中間總線轉換器 （IBC）——BMR320和BMR321，專為數據中心提供支持，為 AI、機器學習和云應用程序提供動力。

現代IBC的效率極高，通常超過95%，可最大限度地減少能量損失和散熱問題。它們外形小巧，可安裝在密集的電子系統中，通常在輸入和輸出之間提供電氣隔離，從而提高安全性并減少噪聲傳播。

BMR32具有固定的8:1轉換比，可實現從40－60V到5－7.5V的高效一步式電源轉換。它提供750W的連續功率輸出，并可處理高達1500W的峰值功率。此外，該DC/DC電源轉換器的峰值效率高達98%以上，同時還保持了符合開放計算項目(OCP)標準OAM v2.0的緊湊尺寸。

電壓軌越來越高

眾所周知，母線電壓越高，轉換效率就越高。根據焦耳定律Q=I^2 R t，電流越小，熱損耗就越小。在相同功率下，800V 架構的電流相比400V 架構減半，熱損耗能降低至原來的四分之一，不僅更省電，還能使溫度更好控制，提升了能量利用效率。

2025年GTC大會上，英偉達就聯合臺達、麥格米特等電源合作伙伴展示了下一代數據中心800V配電網絡架構。更高的電壓及功率也會帶來了一系列的技術挑戰。

800V高壓應用使得熔斷器等電路保護器件用量增加。從臺達的展示來看，其在Power rack、HVDC power shelf、High voltage DCDC等多處都有應用。電源單獨成柜導致需要高壓方案降低電流以減少線損，而高壓方案則進一步帶動熔斷器等器件用量增加以實現滅弧等電路保護措施。

SST（固態變壓器）是下一代數據中心的供電技術路線，固態變壓器也稱為“智能變壓器”，是一種現代的電能設備，可提供雙向功率流。它是大功率半導體組件，是控制電路和常規高頻變壓器的結合體，提供無功功率補償，諧波抑制等多種功能。固態變壓器可滿足廣泛的應用需求，從替代發電到牽引機車，電網和電力工業等等。固態變壓器的應用范圍很廣，除了電壓轉換外，還有助于從交流AC平滑過渡到直流DC，從直流DC平滑過渡到交流AC。

超級電容顯著降低供電的波動性。AI數據中心不斷進行訓練任務并進行高速運算，當開始訓練任務時負載會迅速上升至較高功率，而當訓練任務結束后又會下降至較低水平。超級電容利用快速充放電的特性實現降低供電波動性，根據臺達電數據其超級電容能夠將供電波動性從73%降至6%。

電源架構從Power shelf向Power rack升級

如圖所示，隨著處理器的功耗越來越高，機架中已經沒有額外的空間給power shelf，BBU、超級電容或者PCS之類的升級空間，也正因此，新一代架構中直接將這些電源相關的組件統一分配到一個供電單元中，解決了數據中心輸配電挑戰。

根據臺達的方案，Powershelf同樣分為Power rack側和IT rack側的兩類產品。

1）Power rack側的power shelf：其將PDU側480Vac轉化為800Vdc輸出，其內部仍然是采用了經典的Vienna PFC+LLC拓撲結構，但由于電壓較高內部損耗更低，整體效率可以達到98%+的水平。從具體的結構來看，臺達的方案為一套Power rack側的power shelf由兩組27.5kw的PSU組成，綜合功率共計55kw。

2）IT rack側的power shelf：其將前端的800V直流電轉化為50V的直流電供給至后端的DCDC模組。從具體結構來看，單層由6組15kw的PSU組成，合計約90kw，整體效率高達98.5%以上。

圖表：Power rack 側的Powershelf拓撲結構

圖表：數據中心供電架構的逐步演進

資料來源：Nvidia GTC，臺達，中金公司研究部

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