電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃晶晶）隨著AI技術(shù)發(fā)展，AI 服務(wù)器耗電量呈爆發(fā)式增長。據(jù)行業(yè)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，到2030年AI應(yīng)用將消耗約1000TWh電力，占全球發(fā)電量的10%。AI訓(xùn)練耗電量是網(wǎng)絡(luò)搜索的10倍以上。

AI服務(wù)器GPU性能增長的同時功率持續(xù)飆升。以英偉達為例，其GPU的TDP熱設(shè)計功耗從H100的700W，攀升至B300的1.4KW，明年VR200將達1.8KW，2027 年更計劃推出3.6KW GPU產(chǎn)品，同時英偉達GPU迭代速度也從兩年縮短至一年。GPU高功率給48-54V低電壓系統(tǒng)帶來嚴峻挑戰(zhàn)。



AI服務(wù)器電源的高壓趨勢

羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司深圳分公司技術(shù)中心總經(jīng)理水原徳健在日前的媒體溝通會上表示，我們知道電壓恒定則電流激增，這不僅加劇損耗與發(fā)熱，1MW AI服務(wù)器需消耗 4-5 噸銅線，推高成本與空間壓力，而且低電壓電源框架的功率上限僅100KW，服務(wù)器全生命周期60%-65% 的成本來自電力消耗。電力消耗和運營成本的上升已成為行業(yè)核心痛點。AI服務(wù)器電源架構(gòu)轉(zhuǎn)向高壓已成為行業(yè)共識。

當前主流高壓方案包括微軟、谷歌等科技巨頭牽頭的±400V系統(tǒng)，以及英偉達800V系統(tǒng)。美國由于AI用量是中國的兩倍而發(fā)電量僅為一半，因此迫切需要800V系統(tǒng)。中國正同步研發(fā)兩類方案，或先過渡到400V，未來將邁向1500V系統(tǒng)，以順應(yīng)高壓趨勢。

800V高壓系統(tǒng)相比54V系統(tǒng)，可支持1MW供電，端到端效率提升5%，銅材用量減少30%，熱損耗降低25%。這種架構(gòu)使數(shù)據(jù)中心能夠?qū)崿F(xiàn)從100kW到1MW以上的機架部署，為未來AI算力需求預(yù)留充足擴展空間。

羅姆800VDC電源方案

在AI服務(wù)器的高壓趨勢下，服務(wù)器將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娫磦?cè)架和服務(wù)器機架并存的新架構(gòu)，電源側(cè)架（Power source）注重配電和AC/DC轉(zhuǎn)換的效率提升，服務(wù)器機架（IT rack）注重功率密度，以確保滿足AI處理及冷卻系統(tǒng)的空間需求。


羅姆是全球屈指可數(shù)的同時擁有SiC/GaN元器件及驅(qū)動控制模擬技術(shù)的日本半導(dǎo)體制造商，提供從電源側(cè)的AC/DC、DC/DC轉(zhuǎn)換，到IT機架的隔離型三相LLC拓撲解決方案等，羅姆的強項正是"功率電子+模擬技術(shù)"的完美結(jié)合。

在AI服務(wù)器電源領(lǐng)域，羅姆的碳化硅、氮化鎵等產(chǎn)品已與行業(yè)頭部企業(yè)展開合作。例如，羅姆的EcoSiC?碳化硅產(chǎn)品被村田制作所Murata Power Solutions的AI服務(wù)器電源采用，科索3.5kW輸出AC-DC電源單元"HFA/HCA系列"也采用羅姆的EcoSiC?。羅姆EcoGaN?功率器件被臺達電子Innergie品牌的45W輸出AC適配器"C4 Duo"采用，雙方已建立電源系統(tǒng)用功率元器件戰(zhàn)略合作關(guān)系。

羅姆提供適用800VDC 20～30kW級電源單元的解決方案。針對理想的功率轉(zhuǎn)換拓撲，提供充分發(fā)揮SiC/GaN/Si各自特點的功率解決方案。實現(xiàn)高效率，各電源模塊效率達99%以上，以及高功率密度，現(xiàn)行PSU標準為100W/in3，而采用GaN產(chǎn)品的服務(wù)器機架電源可達到246W/in3。



在電源側(cè)架（Power Source）設(shè)計上，羅姆采用Vienna整流電路與三相LLC拓撲的組合。在IT機架電源系統(tǒng)設(shè)計上，采用三相隔離型LLC拓撲，800VDC轉(zhuǎn)換為50V（IBV）的隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器。一次側(cè)可采用SiC，二次側(cè)采用SiC或Si器件。針對高功率密度一次側(cè)可采用GaN，二次側(cè)采用Si。



水原徳健表示，搭載高功率密度GaN產(chǎn)品的級聯(lián)隔離型LLC，通過將開關(guān)頻率提升至500kHz，實現(xiàn)變壓器等外圍元器件的小型化，通過級聯(lián)結(jié)構(gòu)分擔一次側(cè)和變壓器的電流，可提高效率。

據(jù)介紹，羅姆第5代SiC產(chǎn)品通過業(yè)界超低RonA、擴展柵極偏置電壓，助力實現(xiàn)更高效率。其高溫條件下RonA（導(dǎo)通電阻）降低30%，支持AI服務(wù)器在高溫環(huán)境及高負載工況下的低損耗運行；負柵極電壓偏置額定值（Vgsn）范圍擴大，可支持-5V關(guān)斷驅(qū)動電壓（直流額定值-7V）。與第4代產(chǎn)品相比，第5代SiC的總損耗減少約30%，在功耗控制上形成顯著優(yōu)勢。根據(jù)規(guī)劃，羅姆第6代SiC產(chǎn)品計劃用時兩年迭代，而未來為了順應(yīng)GPU廠商一年一迭代的周期，羅姆也將加快迭代步伐。



羅姆還構(gòu)建了行業(yè)標準封裝產(chǎn)品群，通過與英飛凌合作實現(xiàn)通用設(shè)計和穩(wěn)定供應(yīng)，并提升表面散熱和模塊性能。羅姆將采用英飛凌創(chuàng)新的 SiC頂部散熱平臺，英飛凌將采用羅姆的半橋結(jié)構(gòu) SiC 模“DOT-247”，并開發(fā)兼容封裝。羅姆原創(chuàng)的先進DOT-247 封裝相比傳統(tǒng)分立器件封裝，可實現(xiàn)更高功率密度與設(shè)計自由度。其采用將兩個 TO-247 封裝連接的獨特結(jié)構(gòu)，較 TO-247 封裝降低約 15%的熱阻和 50%的電感。憑借這些特性，該封裝的功率密度達到 TO-247 封裝的 2.3倍。



熱插拔

熱插拔功能對保持AI 服務(wù)器的穩(wěn)定性、連續(xù)性至關(guān)重要。熱插拔允許在服務(wù)器不停機、算力不中斷的前提下進行系統(tǒng)更換或升級，而插拔操作帶來的浪涌電流可能對元器件造成瞬時沖擊。



針對此痛點，羅姆提供專業(yè)級熱插拔控制器（HSC，Hot Swap Controller）解決方案，可以在不關(guān)閉服務(wù)器的情況下更換故障模塊或升級硬件配置。其核心產(chǎn)品RY7P250BM和RS7P200BM采用Nch MOSFET技術(shù)，具有寬SOA（安全工作區(qū)）范圍和低導(dǎo)通電阻特點，確保了熱插拔過程中的穩(wěn)定性和可靠性。水原 徳健表示，100V耐壓的功率MOSFET，非常適用于48V熱插拔電路。RY7P250BM已被全球知名主流云平臺企業(yè)認證為推薦器件。



小結(jié)：

羅姆可以提供的產(chǎn)品不僅包括以高功率效率和高功率密度助力降低功耗的SiC、GaN產(chǎn)品，還包括適用于HSC的Si MOSFET、隔離型柵極驅(qū)動器和電源IC等外圍元器件，可滿足最新AI服務(wù)器的多樣化需求。羅姆正在以功率元器件、模擬技術(shù)助力滿足AI服務(wù)器的高電壓與節(jié)能化發(fā)展趨勢。