服務(wù)器多相電源

隨著數(shù)據(jù)中心需求的快速增長，服務(wù)器功耗日益提升，GPU、CPU等算力芯片朝著更高性能升級，對供電系統(tǒng)提出了更高要求，多相電源作為CPU/GPU供電的主流方案，因其高效能和穩(wěn)定性被廣泛采用，本文將詳細(xì)探討多相電源的工作原理、市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。

多相電源的基本概念與工作原理

多相電源是一種將電能轉(zhuǎn)換成更高或更低電壓、電流或功率的電源管理芯片，相”是指并聯(lián)的“電感+MOS功率器件”的組合數(shù)目，常見的多相電源相數(shù)包括三相、四相、六相、十二相等，相較于傳統(tǒng)的單相方案，多相電源的優(yōu)勢在于通過多相供電方式來分?jǐn)偯恳宦饭╇姷呢?fù)載，可以實(shí)現(xiàn)更低的輸出電壓紋波、更小的器件尺寸、更高的能量效率、更低的熱耗散和更好的瞬態(tài)性能，多相電源還可以根據(jù)CPU/GPU負(fù)載實(shí)時(shí)調(diào)整供電相數(shù)，既可以滿足高負(fù)載時(shí)的供電需求，也可以在低負(fù)載狀態(tài)下起到節(jié)能的作用。

多相控制器與DrMOS

多相電源由多相控制器和DrMOS構(gòu)成，多相控制器一般為數(shù)字芯片，通常采用PWM（Pulse Width Modulation）脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，這是一種利用數(shù)字輸出方式對模擬電路進(jìn)行控制的手段，可對模擬信號電平實(shí)現(xiàn)數(shù)字編碼，是通過改變脈沖寬度來控制輸出電壓，并通過改變脈沖調(diào)制的周期來控制其輸出頻率，通過與CPU等主核的信息交互，多相控制器同時(shí)還具備過壓、欠壓、過溫和過流保護(hù)等保護(hù)功能。

Driver MOS（簡稱DrMOS）是完成電路升降壓控制具體動作的電源管理芯片（屬于DC-DC），由驅(qū)動IC與MOSFET（主開關(guān)管+續(xù)流管）集成而來，即“Driver + MOS”的集成方案，DrMOS不同于傳統(tǒng)的器件分離方案（即將驅(qū)動IC、主開關(guān)管MOS和續(xù)流管MOS單獨(dú)封裝），其集成度更高，優(yōu)勢在于：減少驅(qū)動IC和MOS之間的通信傳輸路徑，因此可將開關(guān)頻率由傳統(tǒng)分立方案的200KHz-400KHz提升至MHz級別，并提供CPU/GPU所需的動態(tài)電流；可將器件體積縮小，占用的PCB面積更小有利于布線；在轉(zhuǎn)換效率以及發(fā)熱量上表現(xiàn)更優(yōu)，整套多相電源產(chǎn)品一般包括1顆多相控制器和多顆DrMOS，其中DrMOS數(shù)量取決于多相電源的“相”數(shù)，而服務(wù)器/PC等不同場景下CPU性能存在差異，對多相電源要求也存在差異，服務(wù)器CPU供電一般使用8~12相的多相電源（1顆多相控制器+8~12顆DrMOS），PC CPU供電一般使用4~6相的多相電源（1顆多相控制器+4~6顆DrMOS）。

工作原理

多相Buck電源包含控制器和DrMOS，是一種多路交錯(cuò)并聯(lián)的同步Buck拓?fù)?，每相Buck對應(yīng)的半橋MOSFET可由包含驅(qū)動和溫度/電流檢測的DrMOS代替，由一個(gè)控制器采集反饋的電壓、電流、溫度/錯(cuò)誤等信號，并發(fā)出各PWM波實(shí)現(xiàn)功率的閉環(huán)控制，控制器可通過特定協(xié)議的通信接口和信號指示I/O口，與系統(tǒng)上位機(jī)或負(fù)載處理器進(jìn)行信號交互。

市場現(xiàn)狀與未來趨勢

市場規(guī)模與競爭格局

多相電源主要應(yīng)用在低壓大功率領(lǐng)域，為系統(tǒng)中SoC、CPU、GPU等芯片供電，下游應(yīng)用涵蓋服務(wù)器、個(gè)人電腦、通訊基站，智能駕駛等領(lǐng)域，全球超100億市場，目前市場由海外大廠如MPS、英飛凌、ADI等主導(dǎo)，國內(nèi)廠商尚處于萌芽階段，杰華特、晶豐明源、寧波奧拉等進(jìn)度領(lǐng)先，有望短期內(nèi)填補(bǔ)國內(nèi)空白。

AI服務(wù)器帶動多相電源量價(jià)齊升

AI服務(wù)器有望帶動多相電源量價(jià)齊升，根據(jù)MPS的測算，一臺普通服務(wù)器中CPU及內(nèi)存電源、POL和EFuse等產(chǎn)品的價(jià)值量總計(jì)約80美金，AI服務(wù)器在普通服務(wù)器的基礎(chǔ)上，通常會增加4~8顆GPU，以多相控制器和DrMOS組成的多相電源同樣是GPU的供電解決方案，且GPU相較于CPU功耗更高，對多相電源的需求進(jìn)一步提升，以英偉達(dá)H100為例，一顆GPU需要40~50顆DrMOS，而服務(wù)器多相控制器通常采用12相方案（1顆多相控制器對應(yīng)12顆DrMOS），因此多相控制器數(shù)量約為4~5顆，考慮一顆DrMOS或多相控制器的價(jià)格均為1~2美金（以1美金/顆進(jìn)行測算），則一顆H100需要多相電源的價(jià)值量約為40~50美金，若一臺AI服務(wù)器搭載8顆H100，則單臺AI服務(wù)器中多相電源的價(jià)值量約320~400美金，相較于傳統(tǒng)服務(wù)器而言有4~5倍增量，價(jià)值提升顯著。

國內(nèi)廠商加速替代

國內(nèi)多相電源廠商加速替代，當(dāng)前多相電源市場的主要供應(yīng)商包括MPS、TI、英飛凌、安森美、瑞薩等，國內(nèi)廠商主要包括杰華特、晶豐明源、矽力杰、圣邦股份、長工微、奧拉等，杰華特在2020年成功研發(fā)出用于CPU供電的智能功率級模塊（DrMOS），2022年，公司DrMOS系列繼續(xù)推出了多個(gè)料號，在計(jì)算和服務(wù)器領(lǐng)域獲得客戶的認(rèn)可，開始大批量供應(yīng)，晶豐明源目前已有從4相到16相一系列數(shù)字多相控制技術(shù)，在大電流DrMOS領(lǐng)域，目前公司50A、70A、90A DrMOS處于產(chǎn)品研發(fā)階段。

投資建議

AI技術(shù)階躍式發(fā)展帶動AI服務(wù)器出貨量快速提升，多相電源作為服務(wù)器CPU/GPU主流供電方案或?qū)⒊掷m(xù)受益于AI浪潮趨勢，我們測算AI服務(wù)器多相電源相較于傳統(tǒng)服務(wù)器有4~5倍增量，而國內(nèi)廠商正處于積極突破壁壘、加速導(dǎo)入階段，未來發(fā)展空間較大，建議關(guān)注國內(nèi)多相電源廠商：杰華特、晶豐明源等；服務(wù)器廠商：工業(yè)富聯(lián)、滬電股份等；算力芯片廠商：寒武紀(jì)、海光信息、興森科技、芯原股份、深南電路等。

風(fēng)險(xiǎn)因素

需要注意的是，AIGC技術(shù)發(fā)展不及預(yù)期；AI服務(wù)器滲透率不及預(yù)期；國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)突破不及預(yù)期等因素可能影響多相電源市場的發(fā)展。

相關(guān)FAQs

Q1: 什么是多相電源？

A1: 多相電源是一種將電能轉(zhuǎn)換成更高或更低電壓、電流或功率的電源管理芯片，相”是指并聯(lián)的“電感+MOS功率器件”的組合數(shù)目，相較于傳統(tǒng)的單相方案，多相電源的優(yōu)勢在于通過多相供電方式來分?jǐn)偯恳宦饭╇姷呢?fù)載，可以實(shí)現(xiàn)更低的輸出電壓紋波、更小的器件尺寸、更高的能量效率、更低的熱耗散和更好的瞬態(tài)性能，多相電源還可以根據(jù)CPU/GPU負(fù)載實(shí)時(shí)調(diào)整供電相數(shù)，既可以滿足高負(fù)載時(shí)的供電需求，也可以在低負(fù)載狀態(tài)下起到節(jié)能的作用。

Q2: 多相電源有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？

A2: 多相電源主要應(yīng)用在低壓大功率領(lǐng)域，為系統(tǒng)中SoC、CPU、GPU等芯片供電，下游應(yīng)用涵蓋服務(wù)器、個(gè)人電腦、通訊基站，智能駕駛等領(lǐng)域。

各位小伙伴們，我剛剛為大家分享了有關(guān)“服務(wù)器多相電源”的知識，希望對你們有所幫助。如果您還有其他相關(guān)問題需要解決，歡迎隨時(shí)提出哦！