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。

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。

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）

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