CPU、GPU與ASIC功耗增長(zhǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)?及應(yīng)對(duì)

隨著高性能計(jì)算和AI應(yīng)用的普及，CPU、GPU和ASIC芯片的功耗呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，比如英偉達(dá)最新B300功率已達(dá)到芯片總功率1200W，以1V工作電壓為例，則合計(jì)需要1200A電流。這種功耗增長(zhǎng)對(duì)芯片的核心供電電路設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。并且，更多的供電需求意味著成本控制方面也更加嚴(yán)格。

電源管理復(fù)雜度提升?：

瞬態(tài)電流波動(dòng)加劇，要求供電系統(tǒng)具備更快的響應(yīng)能力。高性能CPU/GPU/ASIC負(fù)載波動(dòng)可達(dá)1000A/μs，傳統(tǒng)多相電源響應(yīng)延遲導(dǎo)致電壓過(guò)沖風(fēng)險(xiǎn)?。

成本控制難題?：

高功耗芯片需要配套更復(fù)雜的散熱和電源模組，推高了整體系統(tǒng)成本。

由此，為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，芯片廠商對(duì)周邊配套模組提出了明確要求：

效率提升?：

核心供電系統(tǒng)需在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高轉(zhuǎn)換效率，以降低能量損耗。

成本優(yōu)化?：

對(duì)電源瞬態(tài)響應(yīng)有較高提升，故此可以減少電容需求，從而降低BOM成本。

可靠性保障?：

需適應(yīng)芯片瞬態(tài)負(fù)載變化，避免電壓波動(dòng)導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

基于上述趨勢(shì)，TLVR技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生：

完美應(yīng)對(duì)VRM等技術(shù)在?瞬態(tài)響應(yīng)等方面的劣勢(shì)，在電源穩(wěn)壓，響應(yīng)速度提升，?成本與空間優(yōu)化，?能效提升等方面都有不俗的表現(xiàn)，市場(chǎng)反饋優(yōu)異。

可以預(yù)測(cè)，未來(lái)服務(wù)器各類主芯片電源中，TLVR方案滲透率將持續(xù)增加，在分立式方案及電源模塊方案中都將大批量應(yīng)用。

TLVR及VRM方案簡(jiǎn)述

TLVR（Trans-Inductor Voltage Regulator）是一種通過(guò)耦合電感提升多相電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)的技術(shù)，其核心在于利用變壓器結(jié)構(gòu)的電感，進(jìn)行彼此耦合互聯(lián)的多相電路替代傳統(tǒng)分立式多相電路（VRM模式）。

VRM供電模式：

圖片來(lái)源于順絡(luò)

VRM拓?fù)涮攸c(diǎn)：

各相位都可以看做是單獨(dú)的Buck電路，然后輸出電流匯總為總電流。

其不足在于應(yīng)對(duì)高瞬態(tài)負(fù)載時(shí)，占空比的調(diào)整是各相位是逐次進(jìn)行，無(wú)法應(yīng)對(duì)瞬時(shí)對(duì)大功率的需求。

VRM優(yōu)勢(shì)則體現(xiàn)在效率轉(zhuǎn)換以及精準(zhǔn)電壓調(diào)節(jié)方面，并能有效減小輸出電流紋波

TLVR供電模式：

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TLVR拓?fù)湎嚓P(guān)工作模式分析：

TLVR采用初次級(jí)耦合電感模式，并且各相電感通過(guò)次級(jí)繞組Lc相互連接，形成類似變壓器的耦合網(wǎng)絡(luò)?。

關(guān)鍵點(diǎn)是當(dāng)某一相因負(fù)載變化調(diào)整占空比時(shí)，耦合效應(yīng)會(huì)同步影響其他相位的電流輸出，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)?。

在耦合路徑中額外增加補(bǔ)償電感（Lc），用于優(yōu)化系統(tǒng)帶寬和穩(wěn)定性，避免因耦合過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致的振蕩問(wèn)題?。

TLVR方案的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)

動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制?，負(fù)載突變時(shí)，傳統(tǒng)多相電源需逐相調(diào)整占空比，而TLVR通過(guò)耦合效應(yīng)使所有相位電流同步變化，響應(yīng)時(shí)間縮短至nS級(jí)?。

瞬態(tài)響應(yīng)極快?：

尤其適合瞬時(shí)大電流需求（如1000A/μs）?。通過(guò)耦合電感與補(bǔ)償電感串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)相位間電流共享，響應(yīng)速度比傳統(tǒng)VRM方案快3-5倍?，可穩(wěn)定處理負(fù)載跳變，電壓波動(dòng)控制大幅提升?。

降低輸出電容需求?：

減少后端電容數(shù)量，由于瞬態(tài)響應(yīng)的改善，降低對(duì)穩(wěn)壓電容需求，從而可以節(jié)省30%-50%電容成本?，使占板面積減少，適配高密度服務(wù)器布局?。

效率與頻率優(yōu)化?：

在相同瞬態(tài)性能下，TLVR無(wú)需以提升工作頻率方式來(lái)加快各相位導(dǎo)通，故此允許降低開(kāi)關(guān)頻率（如從1MHz降至500kHz），從而減少開(kāi)關(guān)損耗，從而提升轉(zhuǎn)換效率?。

TLVR最初是主要用于?CPU供電?的高效電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，通過(guò)多相并聯(lián)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)低紋波、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的電流輸出。后面隨著AI芯片算力密度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，TLVR因其?毫秒級(jí)負(fù)載響應(yīng)能力?和?高轉(zhuǎn)換效率?，被逐步引入GPU/ASIC的供電設(shè)計(jì)。

SUNLORD TLVR電感產(chǎn)品介紹及優(yōu)勢(shì)分析

深圳順絡(luò)電子股份有限公司，作為業(yè)內(nèi)電感行業(yè)領(lǐng)頭羊，在AI領(lǐng)域也已經(jīng)深耕多年。在技術(shù)平臺(tái)及產(chǎn)品大類中都有較多布局。

擁有多種高端大電流的技術(shù)平臺(tái)：銅磁共燒技術(shù)、模壓技術(shù)（干壓、熱壓、超低壓）、組裝技術(shù)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有如TLVR電感、多相電感、負(fù)耦合電感等都有成熟方案。同時(shí)，也有如鉭電容、平面變壓器等可以用于AI電源濾波及高壓800V及48V等IBC相關(guān)成熟方案。相關(guān)產(chǎn)品都已經(jīng)分別在各服務(wù)器終端客戶及電源模塊廠商處有較多應(yīng)用。

而針對(duì)本文芯片核心供電用TLVR方案，順絡(luò)電子也可以為客戶提供成熟產(chǎn)品，并且也同時(shí)也擁有定制化服務(wù)，其產(chǎn)品已經(jīng)在業(yè)內(nèi)擁有非常不俗的出貨實(shí)績(jī)。具體信息為：

在CPU、GPU及ASIC核心供電方面順絡(luò)可以為客戶提供如單相及多相組裝類TLVR電感，單相及多相超低壓TLVR模壓電感等。

同時(shí)在各類定制化AI電源模塊應(yīng)用中，也可以提供各類VPD、LPD應(yīng)用的帶IO線及非IO線、TLVR及非TLVR類產(chǎn)品，可以應(yīng)對(duì)如單相和多相電感產(chǎn)品需求。

順絡(luò)電子產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)具體可以體現(xiàn)如:

滿足多相拓?fù)渲袑?duì)TLVR電感絕緣耐壓要求值。

其擁有的高端自研磁材及先進(jìn)全自動(dòng)產(chǎn)線，可以為客戶提供高轉(zhuǎn)化效率，高一致性的產(chǎn)品。

采用高飽和高頻率及低損耗磁材，有效提升產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率，以及降低產(chǎn)品損耗。

SUNLORD TLVR產(chǎn)品介紹：

順絡(luò)電子TLVR產(chǎn)品經(jīng)歷多次技術(shù)迭代，在種類及技術(shù)優(yōu)勢(shì)如轉(zhuǎn)換效率、尺寸、DCR等都有較多優(yōu)勢(shì)。

圖片來(lái)源于順絡(luò)

擁有市場(chǎng)服務(wù)器大批量量產(chǎn)類組裝電感如：0906、10056、1205、1206等尺寸。

擁有可定制化的新型高效率模壓類TLVR產(chǎn)品：可支持單相、2相、3相、4相、5相。

擁有與TLVR電感WPZ0906AS2 Pin to Pin 的單線圈產(chǎn)品WPZ0906AS1，可同時(shí)應(yīng)對(duì)VRM與TLVR同一基板的需求。

擁有可以彼此Pin to Pin 的TLVR電感WPZ1206CS2 和WPZ1205CS2系列產(chǎn)品。

在眾多芯片端參考設(shè)計(jì)及電源模塊廠商，及終端服務(wù)器廠商都有導(dǎo)入。

具體標(biāo)準(zhǔn)品規(guī)格可參照我司規(guī)格書(shū)（以下僅展示標(biāo)準(zhǔn)品規(guī)格）：

※1: 所有的測(cè)試數(shù)據(jù)均在25℃環(huán)境溫度進(jìn)行；

※2: 飽和電流: 使電感值從初始狀態(tài)下下降約20% 的直流電流值；

※3: 溫升電流: 使產(chǎn)品表面溫度從25℃升高( △ T =40℃ ) 的直流電流值。

※4: “□”代表電感公差，K±10%，L±15%.

順絡(luò)電子也可以在AI服務(wù)器領(lǐng)域提供各類解決方案，為客戶提供全品類產(chǎn)品協(xié)助。

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