CPU、GPU與ASIC功耗增長帶來的挑戰(zhàn)?及應對

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

電源管理復雜度提升?：

瞬態(tài)電流波動加劇，要求供電系統(tǒng)具備更快的響應能力。高性能CPU/GPU/ASIC負載波動可達1000A/μs，傳統(tǒng)多相電源響應延遲導致電壓過沖風險?。

成本控制難題?：

高功耗芯片需要配套更復雜的散熱和電源模組，推高了整體系統(tǒng)成本。

由此，為應對上述挑戰(zhàn)，芯片廠商對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)實現(xiàn)更高轉(zhuǎn)換效率，以降低能量損耗。

成本優(yōu)化?：

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

可靠性保障?：

需適應芯片瞬態(tài)負載變化，避免電壓波動導致的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

基于上述趨勢，TLVR技術(shù)應運而生：

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

可以預測，未來服務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用。

TLVR及VRM方案簡述

TLVR（Trans-Inductor Voltage Regulator）是一種通過耦合電感提升多相電源動態(tài)響應的技術(shù)，其核心在于利用變壓器結(jié)構(gòu)的電感，進行彼此耦合互聯(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：

圖片來源于順絡(luò)

VRM拓撲特點：

各相位都可以看做是單獨的Buck電路，然后輸出電流匯總為總電流。

其不足在于應對高瞬態(tài)負載時，占空比的調(diào)整是各相位是逐次進行，無法應對瞬時對大功率的需求。

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

TLVR供電模式：

圖片來源于順絡(luò)

TLVR拓撲相關(guān)工作模式分析：

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

關(guān)鍵點是當某一相因負載變化調(diào)整占空比時，耦合效應會同步影響其他相位的電流輸出，實現(xiàn)快速響應?。

在耦合路徑中額外增加補償電感（Lc），用于優(yōu)化系統(tǒng)帶寬和穩(wěn)定性，避免因耦合過強導致的振蕩問題?。

TLVR方案的關(guān)鍵優(yōu)勢

動態(tài)響應機制?，負載突變時，傳統(tǒng)多相電源需逐相調(diào)整占空比，而TLVR通過耦合效應使所有相位電流同步變化，響應時間縮短至nS級?。

瞬態(tài)響應極快?：

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

降低輸出電容需求?：

減少后端電容數(shù)量，由于瞬態(tài)響應的改善，降低對穩(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，適配高密度服務器布局?。

效率與頻率優(yōu)化?：

在相同瞬態(tài)性能下，TLVR無需以提升工作頻率方式來加快各相位導通，故此允許降低開關(guān)頻率（如從1MHz降至500kHz），從而減少開關(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)，通過多相并聯(lián)架構(gòu)實現(xiàn)低紋波、高動態(tài)響應的電流輸出。后面隨著AI芯片算力密度呈指數(shù)級增長，TLVR因其?毫秒級負載響應能力?和?高轉(zhuǎn)換效率?，被逐步引入GPU/ASIC的供電設(shè)計。

SUNLORD TLVR電感產(chǎn)品介紹及優(yōu)勢分析

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：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、負耦合電感等都有成熟方案。同時，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)分別在各服務器終端客戶及電源模塊廠商處有較多應用。

而針對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，并且也同時也擁有定制化服務，其產(chǎn)品已經(jīng)在業(yè)內(nèi)擁有非常不俗的出貨實績。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。

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

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

滿足多相拓撲中對TLVR電感絕緣耐壓要求值。

其擁有的高端自研磁材及先進全自動產(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)勢如轉(zhuǎn)換效率、尺寸、DCR等都有較多優(yōu)勢。

圖片來源于順絡(luò)

擁有市場服務器大批量量產(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，可同時應對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)計及電源模塊廠商，及終端服務器廠商都有導入。

具體標準品規(guī)格可參照我司規(guī)格書（以下僅展示標準品規(guī)格）：

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

※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。

圖片來源于順絡(luò)