本文来自微信公众号“电子发烧友网”，作者/黄山明。
随着AI技术的快速发展，AI芯片的功耗和性能也在不断提升，这对电源系统提出了更高的要求。为了满足AI芯片对电源系统的特殊需求，电源设计需要不断创新。这些要求包括能够提供更稳定的供电电压，以适应元器件的高精密度要求。
而AI算力产业新要求的出现，也意味着电源管理芯片（PMIC）迎来了新的需求，上海贝岭便在回复投资者提问时直白地表示，正关注AI算力领域所带来的相关电源管理芯片和功率器件产品的需求。
从性能指标上来看，在AI和高性能计算设备对功率的需求不断增加下，PMIC需要能够在更小的封装中提供更高的功率输出。同时为了减少热损耗并提高系统的整体能效，PMIC需要具备高转换效率，特别是在高负载条件下。
而AI算法的迭代快速，对应的硬件平台也需要灵活调整，这就要求PMIC能够支持多种电压轨配置，且可以通过软件或固件进行动态电压和频率调整（DVFS），以适应不同的运算负载和能效需求。
具体来说，为了满足大芯片如CPU和GPU的供电需求，需要使用多相电源管理芯片来分摊负载，实现更低的输出电压纹波、更高的能量效率和更好的瞬态性能。
另一方面，由于AI芯片往往包含多个核心和组件，需要多个独立、稳定且精确的电压源，所以PMIC应具备多通道输出能力，能够生成不同电压级别的电源。并且AI应用可能会带来较高的发热量，因此PMIC还需要具备良好的热稳定性，通过温度监测和智能调节来确保系统稳定运行，并延长电池寿命。
当然，为了节省空间并简化电路设计，PMIC趋向于集成更多的功能，如过压保护、热保护、电流限制等。而且很重要的一点是，PMIC需要兼容多种处理器和平台，如Intel、AMD等，并支持可扩展的配置以适应不同的应用需求。
这些要求都对目前PMIC设计提出了一定的挑战，不过面对广阔的市场，已经有不少企业提出了相应的解决方案。比如随着AI的增加，AI服务器需求大增，数据显示电源需求为通用服务器的4倍，而DRMOS需求量增暴增10倍。
多家企业为AI推出PMIC解决方案
在AI服务器电源的设计当中，多相控制器和DrMOS，共同构成了多相Buck电源系统，这种系统能够为CPU、GPU及ASIC等核心部件提供低压、高功耗的供电解决方案。在AI服务器中，由于GPU相较于CPU具有更高的功耗，因此对多相电源的需求也相应提高。例如，一颗NVIDIA H100 GPU可能需要40-50颗DrMOS来满足其供电需求。
AI服务器通常采用的多相控制器配合DrMOS的数量也有所不同。一般来说，服务器CPU供电会使用8-12相的多相电源，而PC CPU供电则可能使用4-6相的多相电源。随着AI和高性能计算（HPC）的发展，AI服务器对于多相控制器及DrMOS构建的多相DC-DC系统的需求也在提升，这些系统主要用于给SoC、CPU、GPU等大算力芯片供电。
据市场资料显示，目前国外厂商主导多相控制器和DrMOS市场，国内相关领域还较为空白。一方面在于DrMOS设计难点较多，如需要大功率大电流的BCD工艺，设计与封装上也有点难度。
目前DrMOS主流厂商为MPS、ADI、TI与安森美等，国内公司还处于萌芽起步阶段。代表企业如杰华特，在2022年DrMOS便已经量产出货，在PMIC领域拥有业界领先的全品类产品设计开发能力。
而晶丰明源已经发布了国产10相数字控制电源管理芯片BPD93010，可以用于为CPU、GPU、AI等大功率计算芯片供电，能够应用于服务器、数据中心等领域。
不过目前业内有种声音，随着AI技术的发展，比如谷歌在完全融入AI后，其搜索引擎耗电量将达到过去的十倍，有数据显示，2026年AI行业消耗的电力将是去年的十倍。
因此降低AI系统的能耗成为另一个关键，而优化电源管理系统，提高AI核心处理器电源管理效率是其中一条路。但随着AI的普及，传统的AC/DC、DC/DC、包括多相电源控制器和DrMOS功率级组合等方案，效率可能已到天花板，或许还需要其他思路。
比如希荻微设计了大电流DC/DC方案，还可以通过并联模式实现更大电流的输出，能够实现输出电流提升20%，运行电力节省23%的效果。其推出的DC/DC芯片HL7603，能满足AI手机对电池管理的高效需求。
而PI则推出了AC-DC-协议全集成控制器InnoSwitch3-PD，不仅降低了电源管理电路的复杂性，还节省了空间和成本，同时充电速度和功率管理可以更加灵活和智能化，还具有额外的保护和监控功能，确保电子设备的安全运行。
小结
随着AI和机器学习应用的增长，对这些高性能电源解决方案的需求预计将持续增加。未来可能会有更多创新的电源管理芯片问世，以适应更高效能和更复杂系统的电源需求。
