一切都在“顯性”數(shù)據(jù)化的時代，機器學(xué)習(xí)、圖像識別、信號處理、仿真引擎等功能需求紛至沓來，對于數(shù)據(jù)處理的需求與速度到達了前所未有高度，這讓傳統(tǒng)基于串行架構(gòu)的傳統(tǒng)CPU難以“招架”，為了突破數(shù)據(jù)處理的瓶頸，GPU、FPGA、ASIC等加速芯片紛紛披掛上陣，為計算加速、存儲加速、通訊加速助力。但隨之而來的問題是，各類計算加速芯片與加速硬件對電源系統(tǒng)的性能需求也不斷升級，電源管理該如何應(yīng)對數(shù)據(jù)中心時代的“變局”？

取代分立

在算力決定一切的時代中，加速芯片也在集成度、復(fù)雜度層面不斷提升，顯然對電源系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)。

MPS大電流模塊產(chǎn)品經(jīng)理楊恒表示，首要是加速芯片工藝不斷升級，以加入更多的邏輯單元，同時為實現(xiàn)更強勁的性能，集成度不斷走高，在片內(nèi)集成了如高帶寬內(nèi)存、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)、加速引擎等單元，不僅使整體功率走高，而且加速芯片中的多個功能單元需要多路電源輸入，同時對于電壓、電流的要求也各不相同，因此需要多路輸入，即各種各樣的電壓軌和輸入電流。

“更進一步，為應(yīng)對不同的加速應(yīng)用，同一個系列下的加速芯片會針對不同應(yīng)用做出不同的優(yōu)化，這種優(yōu)化將造成加速芯片的電壓軌和輸入的電流各不相同。比如有的內(nèi)核利用率是80%，那么它對供電電流就基本要求100%滿載，而有的內(nèi)核利用率是50%，那對電流要求也會下降，假如是120A的滿載可能只需用到50A/60A。”他舉例說。

此外，為了實現(xiàn)更高能效比，主芯片往往會根據(jù)負(fù)載及應(yīng)用進行自動功耗調(diào)節(jié)，因此也需要更高的動態(tài)范圍。

面對上述的諸多難題，如果還選擇傳統(tǒng)的多個分立的供電芯片或者模塊供電，將會極大增加電源部分的占板面積，使原本已經(jīng)非常緊湊的加速芯片設(shè)計更為困難，此時電源模組的優(yōu)勢更加凸顯。楊恒強調(diào)，在加速卡應(yīng)用領(lǐng)域，功率密度越來越大，同時由于服務(wù)器的尺寸不變甚至縮小，導(dǎo)致了板卡上電源方案所需的占板面積越來越小，分立方案受到的限制越來越大，而電源模塊前景是越來越廣闊的，未來全面的集成模塊方案或?qū)⑷〈至⒌姆桨浮?/strong>

四大趨勢

盡管電源模組被寄予厚望，但加速卡顯然對電源模組提出了更高的要求。楊恒認(rèn)為，加速卡對于電源模組的需求趨勢是高響應(yīng)、高效率、集成化、可拓展。

他進一步詳解說，高響應(yīng)是指電源模組方案需要有更高的響應(yīng)速度以適應(yīng)更大的動態(tài)跳變，同時整個方案的開發(fā)速度要快，以適應(yīng)更短的研發(fā)周期。

對于高效的需求，楊恒指出，這是要求提供高效率的解決方案，以應(yīng)對更加緊湊的硬件設(shè)計。

這就涉及集成化。楊恒分析，集成化需從兩大維度入手。由于加速卡的設(shè)計非常緊湊，需要用全集成的模塊化設(shè)計如集成芯片、功率管、電感和阻容元件等來替代分立方案，從而減少電源硬件的占板面積，為內(nèi)存、HBM等其他功能模塊騰出空間。此外，集成化還體現(xiàn)在電源的多路輸出方面，即要在同一個封裝內(nèi)加入多個輸出，以靈活地匹配日趨復(fù)雜、集成度更高的加速芯片。

而集成化的優(yōu)勢不止于此。楊恒進一步提及，傳統(tǒng)分立電源解決方案至少需要6個月開發(fā)周期，而且更復(fù)雜且風(fēng)險更大。從選型和采購開始，不但需要挑選各種器件——驅(qū)動芯片、功率器件，根據(jù)不同的電感/電容選擇合適的環(huán)路補償，還要考慮相當(dāng)復(fù)雜的原理圖和布局設(shè)計，一旦出現(xiàn)差錯，就會產(chǎn)生多次制板的驗證風(fēng)險。采用電源模塊方案，不僅極大地降低了復(fù)雜度，減少了布板面積，而且可在兩周內(nèi)完成選型、采購及原理圖設(shè)計，之后即可直接制版和組裝，極大縮短了開發(fā)周期，使客戶可更專注于差異化的加速卡設(shè)計。

更要指出的是，面對全球“缺芯”沖擊，客戶采用分立方案需與多個Vendor（供應(yīng)商）打交道。楊恒談到，客戶除電源管理IC、功率IC、驅(qū)動IC之外，還要與被動元件如電容、電阻廠商聯(lián)系，面臨的各種缺貨問題困擾重重，而使用電源模塊可省卻諸多供應(yīng)緊張問題，一步到位。

對于可拓展性來說，楊恒的觀點是隨著大數(shù)據(jù)和AI的加速發(fā)展，不免會涌現(xiàn)出一批新興的應(yīng)用，這就要求電源方案要足夠靈活，可拓展的模塊方案可靈活搭配多種加速環(huán)境和應(yīng)用，比如兩路甚至多路的并聯(lián)等等。

全面應(yīng)對

面對行業(yè)變革和技術(shù)挑戰(zhàn)，在此領(lǐng)域一直深耕的MPS推出眾多新型大電流低電壓電源模塊方案，直擊加速卡的痛點，并完美契合上述四大趨勢。

楊恒詳細(xì)介紹說，MPS擁有獨特的COT以及MCOT控制方法，可實現(xiàn)大動態(tài)負(fù)載下的高速響應(yīng)，減少輸出電容的數(shù)量，減低客戶的BOM成本。而且，MPS采用先進封裝技術(shù)集成了多路輸出的功率芯片與被動元器件，推出了多種多路輸出電源模塊。其首款四路電源模塊MPM82504為四路25A電源模塊，同時可實現(xiàn)并聯(lián)兩路、三路、四路，也可以多個MPM82504模塊并聯(lián)，實現(xiàn)更靈活的輸出組合。

在這里不得不提這種高集成帶來的巨大挑戰(zhàn)。楊恒介紹，一是要將多個不同工藝晶圓同時封裝在一個Package上，這種多晶圓封裝是一大挑戰(zhàn)；二是要將被動元器件和多晶圓同時封裝在一起，這需將其over-molding，這就涉及注塑、點膠等新工藝的開發(fā)，要不斷優(yōu)化新的工藝參數(shù)在試產(chǎn)中將這些參數(shù)最優(yōu)化。通過不斷攻克這些挑戰(zhàn)，MPS在工藝方面也擁有了眾多自有知識產(chǎn)權(quán)，開發(fā)的電源模塊也實現(xiàn)了更高的能效比和更好的散熱性能。

看到多路可并聯(lián)電源模塊為加速芯片日益增加的電流需求提供了可拓展性，MPS亦對此推出了多款可拓展的電源模塊，這樣加速硬件設(shè)計師就可重復(fù)使用單一電源模塊的設(shè)計，通過并聯(lián)電源模塊的多個輸出或并聯(lián)多個模塊來實現(xiàn)輸出電流的拓展。以MPM3695-100 為例，該產(chǎn)品可以由單模塊100A輸出擴展為：雙模塊200A，3模塊300A， 最多8模塊并聯(lián)800A輸出等供電方案，以支持更廣泛的系統(tǒng)要求。

盡管在這一賽道上對手如云，但楊恒認(rèn)為，MPS的優(yōu)勢是擁有自己的晶圓生產(chǎn)線，有工藝優(yōu)化優(yōu)勢，加上獨特的COT等控制方案，可助力電源模塊實現(xiàn)高效率、高動態(tài)以及高集成。同時，MPS與各類加速卡廠商已達成深度合作，可提供完整的參考設(shè)計。憑借高功率密度、高靈活性的電源模塊組合，MPS在數(shù)據(jù)中心的未來表現(xiàn)值得期待。（校對/清泉）