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隨著AI技術(shù)的廣泛應(yīng)用，從智能手機(jī)到自動駕駛汽車，從智能家居到工業(yè)自動化，AI供電芯片的需求量正呈爆炸式增長。它不僅為AI系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且還肩負(fù)著節(jié)能減排、降低能耗的重任。 然而隨著算力需求的提升，AI設(shè)備的能耗、散熱等問題凸顯，這無疑給AI供電芯片帶來了新的挑戰(zhàn)，如何實(shí)現(xiàn)高效率、低功耗、持續(xù)穩(wěn)定的供電成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。 能耗“突飛猛進(jìn)”：算力比拼加速，能耗日益攀升 算力核心設(shè)備由傳統(tǒng)的CPU向GPU的轉(zhuǎn)移，不僅提升了計(jì)算效率，更使得復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和深度學(xué)習(xí)模型得以實(shí)現(xiàn)。然而，高性能往往伴隨著高能耗。在追求更快計(jì)算速度的同時，GPU的能耗也在不斷上升，給數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器帶來了巨大的能源壓力。荷蘭數(shù)據(jù)科學(xué)家Alex de Vries在專注能源研究的學(xué)術(shù)期刊《Joule》上發(fā)表的一項(xiàng)研究顯示，按照當(dāng)前趨勢，到2027年，整個人工智能行業(yè)每年將消耗85至134太瓦時的電力（1太瓦時=10億千瓦時）。 散熱“力不從心”：高性能AI芯片的燙手難題 高性能的AI芯片在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量熱量，如果不能及時有效地散熱，不僅會影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，還可能縮短其使用壽命，制約AI算力的進(jìn)一步增長。未來，單顆高性能AI芯片的熱設(shè)計(jì)功耗將突破1000W，達(dá)到了傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱的極限。因此，各大公司紛紛投入研發(fā)，探索更有效的散熱解決方案，例如行業(yè)巨頭們正在推進(jìn)的液冷技術(shù)等。 可靠性“搖擺不定”：大模型訓(xùn)練，AI芯片一損俱損 AI應(yīng)用對芯片的性能與可靠性要求非常高。為了完成一個大模型的訓(xùn)練任務(wù)，通常需要幾千張甚至幾萬張計(jì)算卡進(jìn)行級聯(lián)，提供充足的算力。如果有一張卡出了問題，那么整個大模型的訓(xùn)練都會受到影響。如何定位到失效的板卡也是非常費(fèi)時費(fèi)力的工作，嚴(yán)重影響訓(xùn)練的效率。 AI電源解決方案的四大突破，助力化解上述難題 隨著傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心通過集成AI技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能化升級，MPS也在快速迭代電源方案，為行業(yè)和客戶提供高品質(zhì)、可靠的AI電源解決方案，適用于AI 推理卡、訓(xùn)練卡、邊緣計(jì)算設(shè)備、超算服務(wù)器等各類應(yīng)用場景。 圖1：MPS AI硬件電源解決方案 圖2：MPS典型AI電源應(yīng)用 突破一：體量更緊湊、功率密度更高、配電損耗更低MPS的AI電源方案采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，體量更緊湊，配電損耗更低，使數(shù)據(jù)中心在給定機(jī)柜范圍內(nèi)的計(jì)算能力得以提升。 相比競爭對手的方案，MPS的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)在主板上占用的空間更小，這樣所有處理器能更緊密地結(jié)合為一體，在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的計(jì)算能力。下圖是MPS新型開放式框架電源模塊Intelli-ModuleTM的3D概念圖，展現(xiàn)了高度集成的數(shù)字多相電源模塊。 圖3：高度集成的Intelli-ModuleTM MPS 專注改善數(shù)據(jù)中心的功率密度，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心面臨著人工智能等新計(jì)算應(yīng)用的更大功率需求。以創(chuàng)新手段提升功率密度意味著減小配電損耗，從而降低數(shù)據(jù)中心的總運(yùn)營成本、單次計(jì)算輸出的總成本以及碳排放。而機(jī)柜數(shù)量減少后，數(shù)據(jù)中心的物理占用空間也能最大限度地縮減。 130A、兩相、非隔離式降壓電源模塊MPC22167-130是MPS Intelli-ModuleTM系列的最新產(chǎn)品，它將 DrMOS、電感和其他無源元件集成到單個封裝中，不僅占位面積小，功率密度還提高了2.5 倍。而且，它允許將多相穩(wěn)壓器（VR）放置在更靠近處理器的位置，從而減少了配電網(wǎng)絡(luò) (PDN) 的損耗（見圖4）。 圖4：Intelli-ModuleTM與 DrMOS 的占板面積比較 多個MPC22167-130是MPS Intelli-ModuleTM器件可與第一級電源模塊配合使用，以支持端到端的電源解決方案，同時能夠滿足AI 處理器的高功率要求。下圖展示了采用MPC22167-130實(shí)現(xiàn)的參考設(shè)計(jì)示例。 圖5：具有 48V 輸入和 0.8V 輸出的 2000A OAM 外形規(guī)格參考設(shè)計(jì) 該參考設(shè)計(jì)可應(yīng)用于OAM 形態(tài)的 AI 處理器，它采用 MPC22167-130支持 2000A 的最大輸出電流 (IOUT)，其中第二級方案的設(shè)計(jì)采用了MPC22167-130 與 數(shù)字16 相控制器 MP2891的組合方案。 突破二：電源轉(zhuǎn)換效率更高、頂部散熱設(shè)計(jì)兼容液冷為了解決高功率密度電源模塊中的散熱問題，MPS多管齊下：一方面優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器件設(shè)計(jì)，提升電源轉(zhuǎn)換效率，降低功耗，同時減少熱量產(chǎn)生，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面，將模塊做成頂部散熱，方便散熱器的設(shè)計(jì)；不僅如此，器件還能兼容液冷的應(yīng)用，借助液冷增強(qiáng)服務(wù)器散熱效果，從而進(jìn)一步發(fā)揮電源的極致性能，使單機(jī)柜功率大幅提升。 圖6：MPS磁芯設(shè)計(jì)對電源模塊效率的影響 突破三：嚴(yán)密的仿真計(jì)算、嚴(yán)格的出廠測試AI芯片批量的一致性和可靠性是非常重要的，沒有多年的經(jīng)驗(yàn)積累和嚴(yán)格的市場檢驗(yàn)，是磨礪不出好的AI電源的。MPS在設(shè)計(jì)階段，會通過仿真和理論計(jì)算，確定所有器件的工作條件，從而選取合適的電子器件。采用高電流等級、高耐壓的電子器件，內(nèi)部電感為MPS專利設(shè)計(jì)，飽和電流高。而在研發(fā)階段，MPS則采用不同批次的模塊產(chǎn)品進(jìn)行可靠性實(shí)驗(yàn)，出廠前會逐項(xiàng)測試模塊電氣性能及參數(shù)，最后還會進(jìn)行老化測試及前后參數(shù)對比分析。 圖7： MP2891 和MPC22167-130 的 SIMPLIS 模型 圖8：SIMPLIS 仿真與實(shí)驗(yàn)室測量的比較，誤差僅為 5mV 突破四：實(shí)用的仿真工具、專業(yè)的技術(shù)支持、靈活的供應(yīng)鏈管理MPS能夠提供很多好用的前期評估工具，如PDN仿真工具、仿真模型、靈活的GUI等，在前期和后期都能協(xié)助客戶更方便地進(jìn)行方案測試，確保精準(zhǔn)落地。 圖9：由 MPS 支持的用戶測試可視化界面（GUI） 同時，MPS的工程師也將全程提供專業(yè)的技術(shù)支持，幫助客戶及時解決實(shí)際應(yīng)用中遇到的難題。另外，MPS采用供應(yīng)鏈multi-source管理，提高供應(yīng)鏈的靈活性和自主性，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，以保證充足的產(chǎn)能，支撐AI對芯片大規(guī)模用量的需求。 |
