AI系统供电电源芯片及解决方案

（文/程文智）AI在这几年发展特别迅速，大家普遍比较关注的点在于AI的算力、算法和大数据。这三大核心元素确实很重要，但其实还有一个我们大家没怎么关注，但却不可或缺的元素也在不断发展中，那就是AI系统的供电电源芯片及解决方案。今天就让我们来看看有哪些厂商提供了AI系统的电源芯片和解决方案。

 

Maxim的小尺寸AI系统供电芯片及解决方案

就在ADI官宣正式完成对Maxim合并的前两天，Maxim发布了一款给AI处理器核供电的双输出稳压电源MAX16602，及智能电源级IC MAX20790。据悉，MAX16602高效内核稳压器采用了耦合电感器和但芯片双边冷却智能功率级IC。该器件具有增强的瞬态响应和低静态电流。通过单相智能功率级，额外的单相输出可系统中生成VSA电源轨。

 

完整电路是一款高效 (8+1) 多相同步降压转换器，具有各种状态和参数测量功能。该控制器还支持PWM并联，以控制多达16个相位，也就是说，MAX16602的设计方案非常灵活，可从2相扩展至16相，以满足不同输出电流的要求，通常为60A至800A，或者更高；此外，还可定制薄型(<4mm)耦合电感，提供多种规格尺寸，例如外围元件快速互连(PCIe)和OCP加速器模块(OAM)等。

 

图：MAX16602的典型工作电路（来源：MAX16602数据手册）

 

MAX16602的主要特性包括：

一是高功率密度和效率。其智能电源级支持MAX20778/A, MAX20779/A/B/C, MAX20780, MAX20790, MAX16604；效率方面，在1.8V输出电压、200A负载条件下，效率高于95%；集成了输入功率监控器。

 

二是可通过PMBus进行遥测。具有数字可编程配置，输入电压、电流和功率监控，以及功率级温度监控和报告功能。

 

三是高级电源管理。除了可自主切相外，还具有正交电流再平衡和低静态电流特性。

 

四是具有比较完善的保护特性。包括输入和偏置电源欠压保护、过流保护，以及关键故障标记输出引脚等保护特性。

 

在应用方面，MAX16602可用于大电流多相稳压器、AI内核和XPU、VR 13.HC CPU和存储器、GPU、网络ASIC、服务器和工作站、企业级存储设备等应用，也就是说，该芯片组适用于AI边缘计算以及数据中心云计算等系统的供电设计。

 

英特尔的Enpirion电源解决方案

英特尔的Enpirion电源系统芯片（PowerSoC）模块是DC-DC降压转换器，它整合了构建电源所需的几乎所有组件，同时不影响性能和效率，适用于FPGA、SoC、CPU、ASIC和其他半导体设备。

 

其中，英特尔提供的一款面向高性能系统的多相DC-DC降压转换器解决方案，经过优化后，可为电流范围在 40 A 至 200+ A 之间的高性能 FPGA、ASIC 和 SoC 的核心轨供电。

 

图：英特尔Enpirion电源解决方案ED8401与ET6160搭配组成的多相DCDC转换器解决方案（来源：英特尔）

 

英特尔 Enpirion电源解决方案ED8401就是一款面向高电流应用的数字多相DC-DC降压控制器。ET6160则是一款具有集成电流和温度监控器的单片70A功率级解决方案。

 

图：ED8401与ET6160组合的解决方案的主要特征（数据来源：英特尔）

 

ET6160功率级经过优化，可与ED8401多相控制器一起运行。ED8401 提供了一款可扩展解决方案，支持4相、3相或2相模式运行。该系统与ET6160 70A功率级解决方案相结合，针对40A到200+A的负载电流范围进行了优化，可在整个负载范围内提供高效率。

 

英飞凌的AI数字DC-DC电源解决方案

作为功率市场的头部玩家，英飞凌在AI数字DC-DC电源解决方案方面经验丰富。英飞凌高级市场经理郑国青曾在不久前<电子发烧友网>举办的第四届人工智能大会上表示，AI系统这几年也在经历一个变化，过去使用的主要电压是5V以下，如今许多产品的电压已经提升到了48V，这给DC-DC电源设计带来了一定的挑战。虽然电源电压提升到了48V，但是AI芯片的电压并没有上升，还是5V、3.3V、甚至是1.1V，这就需要对电源电压进行转换。

 

 

图：英飞凌用于GPU的AI系统电源解决方案（来源：英飞凌）

 

目前，英飞凌在AI数字DC-DC电源芯片方面，推出了用于高电流AI应用的数字控制器，如Intel VR13.HC，AMD SVI2系列芯片和解决方案。未来还会推出Intel VR14 µC控制器，及AMD SVI3 µC控制器等高密度AI数字电源芯片。

 

图：英飞凌在AI数字DC-DC电源芯片方面的规划（来源：英飞凌）

 

Vicor针对AI应用的PFA电源解决方案

随着新一代CPU、GPU和AI处理器的推出，AI服务器的系统功率需求也在稳步增长。在机架母线设计上，从12V走向48V这样更高的电压已经显现出不可阻挡的趋势。

 

新的PCIe卡也开始增加48V供电的支持，OCP也给出了48V的高功率方案。也就是说，AI服务器电压从12V升级到48V。因为如果升级到48V，可以减少电缆数量、重量和占用空间，并降低TCO；而且，传输损耗可以降低16倍，电容数量可以减少4倍，所以，越来越多的AI应用开始将电压提升到48V。

 

与前面几家的解决方案不一样的是，Vicor采用的是分比式电源模块方案。据悉，该方案可以使得VTM(MCM)模块非常小，小到可以放在距离XPU最近的位置，使得高功率密度、高效率、低噪声的稳压调节模块（VR）方案成为现实。

结语

为了满足AI应用和深度学习快速增长的需求，致力于超大规模数据中心开发的工程师们需要不断提升系统计算能力，但在AI性能提升的同时，空间却变得越来越小，特别是留给电源的空间将更小。因此，高功率密度和高效率电源的需求将会更大。