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英飛凌上新DC-DC POL穩(wěn)壓器,助力AI芯片發(fā)揮更佳性能

2024-01-31
作者:王潔
來源:電子技術(shù)應(yīng)用

隨著大模型等系列 AIGC 產(chǎn)品的應(yīng)用落地,對于AI 服務(wù)器的需求快速提升,需要更高的功率密度,在有限空間內(nèi)實現(xiàn)高性能和低功耗的平衡。兩三年前,數(shù)據(jù)中心的加速卡多是PCIe卡,主要進行一些推理運算;然而近一兩年隨著AI的爆火,大模型訓練任務(wù)成為主流,OAM卡的出貨量暴增。英偉達OAM卡的尺寸大小不足半張A4紙,但是功率可以達到700W甚至更高,這就要求功率密度也呈指數(shù)級的增長,而支撐這個功率密度的就是Power(電源)IC。

一直以來,英飛凌在power領(lǐng)域有著出色的表現(xiàn)。據(jù)英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用管理經(jīng)理董唯一介紹,英飛凌Power IC在支撐功率密度的增長方面,主要表現(xiàn)在以下四大方面:

第一,代際的演進,未來Power產(chǎn)品會走向碳化硅、氮化鎵技術(shù),PSU現(xiàn)已有這方面的產(chǎn)品。

第二,英飛凌擁有先進的封裝工藝,現(xiàn)在也應(yīng)用到了英飛凌最新一代的產(chǎn)品中。另外,英飛凌未來會做一些集成電感的產(chǎn)品,可以進一步縮小芯片的面積,帶來更大的功率密度。

第三,英飛凌擁有系統(tǒng)級的架構(gòu)。不僅僅是從12V電源到GPU,未來的架構(gòu)都會到48V,而英飛凌有自己48V解決方案。此外,英飛凌現(xiàn)在也在做關(guān)于垂直供電的產(chǎn)品。

第四,除了電源產(chǎn)品以外的一些支撐,如電源保護,所有產(chǎn)品支撐著英飛凌推動數(shù)據(jù)中心的電源供電走向數(shù)字化和低碳化。

電源對AI芯片性能的發(fā)揮起重要作用

據(jù)統(tǒng)計,在一塊GPU板上,DC-DC的用量將超過60顆半導體DC-DC產(chǎn)品,這個數(shù)量是服務(wù)器CPU板上的1.5倍。除了集成了控制器和MOSFET的DC-DC以外,還有傳統(tǒng)的數(shù)字控制器和Power Stage,這些產(chǎn)品不僅占板面積很大,并且對效率的影響,對主芯片性能的影響都非常大。AI芯片要發(fā)揮出更高的功效,周圍的電源至關(guān)重要。

為了應(yīng)對一系列的挑戰(zhàn),英飛凌于近日推出了全新的智能DC-DC POL芯片 TDA388xx系列產(chǎn)品,該芯片集成了英飛凌獨有的OptiMOS MOSFET以及Fast COT(快速恒定導通時間)引擎。

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英飛凌內(nèi)置快速COT架構(gòu)的12 A和20 A同步降壓穩(wěn)壓器關(guān)鍵特性(圖源:英飛凌公司)

全新系列的DC-DC POL芯片具備五大特點:第一,可變換頻率,600KHz~1MHz之間可調(diào)節(jié);第二,軟啟動時間極短,最快為1ms;第三,使用voltage控制模式;第四,具有電源良好輸出指示信號;第五,這是一個單晶圓的產(chǎn)品,具備更高性價比。

采用英飛凌專利的FAST COT

董唯一認為新產(chǎn)系列將在市場中占有一定的地位,原因有二:第一,該系列產(chǎn)品有很高的性能,采用FAST COT的模式,使得客戶在調(diào)試過程中更方便;第二,輸入輸出范圍,寬輸入范圍2.7V-16V,輸出范圍0.6V-5.5V,可以滿足市面上大部分AI應(yīng)用對芯片供電的需求。

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英飛凌內(nèi)置快速COT架構(gòu)的12 A和20 A POL產(chǎn)品家族(圖源:英飛凌公司)

據(jù)英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部高級主任工程師吳煉介紹,POL產(chǎn)品采用了英飛凌自有專利的FAST COT架構(gòu),帶有內(nèi)部的諧波補償,不需要外圍的參數(shù)調(diào)節(jié),整個動態(tài)的響應(yīng)非常快,可以對于高性能的需求快速響應(yīng),當有動態(tài)負載,電壓過沖與下沖時,可以很快調(diào)節(jié)回來,不會產(chǎn)生缺陷問題。此外,還有內(nèi)部補償,實現(xiàn)非常小的紋波,不需要有外部的大電容,只需要全部是陶瓷電容的輸出即可,在1V的輸出情況下,紋波控制在10mV以內(nèi)。

此次12A、20A系列的產(chǎn)品主打性價比和性能,采用單晶圓的技術(shù),把控制器、Driver、包括上下管放在一個晶圓里。該技術(shù)也符合整個市場的趨勢和要求,相比起多晶圓的設(shè)計而言,能夠提供更低的成本,并保持很好的良率、可靠性和散熱性能。對于20A以上到40A系列,英飛凌還是采用多晶圓,保證大電流的承載能力。

支持通用封裝,避免供應(yīng)鏈風險

董唯一分享英飛凌推出此次系列產(chǎn)品的動因有二:

第一,基于前兩年的缺芯潮。由于市場上各家的封裝不盡相同,導致產(chǎn)品缺貨的時候,給供應(yīng)鏈帶來極大的風險。因此,英飛凌的這一系列產(chǎn)品采用市場上通用的QFN-21(3 mm x 4 mm)封裝,BOM可以與友商進行兼容,從而可為用戶提供更大的選擇余地。

第二,英飛凌研發(fā)的POL產(chǎn)品,搭配數(shù)字控制器以及Power Stage,可以給客戶提供更穩(wěn)定和更可靠的系統(tǒng)級解決方案,這也是推出12A和20A POL的原因所在。

此外,英飛凌還有強大的供應(yīng)鏈體系,通過從晶圓到后道廠的規(guī)劃,在面對缺貨或者庫存,半導體周期性的變化中,可以有效進行調(diào)整和面對來自客戶的挑戰(zhàn)。該規(guī)劃主要是兩個策略:第一,采用英飛凌自主的晶圓廠;第二,利用多個后道晶圓廠來支持產(chǎn)品生產(chǎn)。

TDA388xx系列產(chǎn)品共有四款降壓穩(wěn)壓器(TDA38812、TDA38813、TDA38825 和 TDA38826),在功率系統(tǒng)效率和設(shè)計緊湊性方面實現(xiàn)了重大飛躍,現(xiàn)已開放訂購。據(jù)悉,英飛凌下一步會有可并聯(lián)的DC-DC新產(chǎn)品發(fā)布,更好地滿足通訊客戶的一些需求。

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