AI无疑是最近最火的技术。随着AI迅猛发展，算力需求呈指数级增长，数据中心正在面临一个问题——功率越来越大，耗电越来越多。

所以，这种情况下，没有好的AI电源，AI也就不可能发挥最大的功效。此时，属于模拟芯片厂商的机会，就来了。

最近，各大芯片厂商都在加大对于AI电源的投入，并推出了很多颠覆性的产品。

Infineon：与英伟达合作，布局800V架构

5月20日，英飞凌（Infineon）宣布与英伟达（NVIDIA） 合作，正在开发基于新架构的下一代电源系统，该架构具有800 V高压直流电（HVDC）集中发电能力。

新的系统架构显著提高了整个数据中心的节能配电，并允许直接在服务器主板内的AI芯片（图形处理单元，GPU）上进行电源转换。英飞凌在基于所有相关半导体材料硅 （Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的从电网到核心的功率转换解决方案方面拥有丰富的专业知识，正在加速实现全尺寸 HVDC 架构的路线图。

根据英飞凌的说法，这一革命性一步为在加速计算数据中心实施先进的供电架构铺平了道路，并将进一步提高可靠性和效率。随着AI数据中心的独立GPU数量已经超过100000个，对更高效供电的需求变得越来越重要。在这个十年结束之前，AI数据中心将要求每个IT机架的功率输出达到1兆瓦（MW）或更高。因此，HVDC架构与高密度多相解决方案相结合，将为行业树立新标准，推动高质量组件和配电系统的发展。

800V架构能够带来什么，根据英飞凌的解析，该架构不仅可以帮助英伟达实现更快、更高效和可扩展的AI基础设施，同时能够优化我们先进AI基础设施的能耗。目前，AI数据中心的电力供应是分散的。这意味着AI芯片由大量电源单元（PSU）供电。未来的系统架构将是集中式的，从而尽可能地利用服务器机架中的约束空间。这将增加使用最少功率转换级的尖端功率半导体解决方案的重要性，并允许升级到更高的配电电压。

值得注意的是，英飞凌此前也在分散方案上释放了两个路线图：一个是PSU路线图，规划到了12kW，；一个是BBU路线图，也规划到了12kW。

ST：新一代数据中心整体解决方案

ST则聚焦数据中心的能源挑战问题，具体的方案包括：

第一，新一代数据中心整体解决方案。随着电力需求和算力不断提升，数据中心电源需要在有限空间内，实现更高的功率等级，并达到更高的功率密度。ST展示的一整套方案从PFC+LLC的PSU（服务器电源）转到DC/DC架构，再由48V母线将电压转换为12V，并由12V多相数字电压调节器输出更低电压（如3.3V、1.8V）为CPU和GPU供电。该方案完美契合AI服务器对电源功率和功率密度不断提升的需求，构成完整的数据中心电力传输生态系统。

第二，最新研发的5.5kW PSU前端PFC解决方案。这套方案具有多项技术突破：采用ST第三代碳化硅（SiC）功率器件，其性能远超传统硅基器件；使用STGAP栅极驱动芯片进行驱动；采用TCM+CCM混合控制算法，相比单一算法能更好优化效率；结合交错并联的拓扑和技术，使整体方案无论是在轻载还是重载的全负载范围内，都能更好的灵活响应，并带来更好的热性能，从而实现更高的效率、性能和稳定性。

基于ST SiC的优越性能，该解决方案拥有更低的导通损耗和优越的开关性能，可以工作在更高的开关频率，从而进一步降低服务器的电源能耗，提升效率，并降低磁性元器件的体积，实现更为出色的功率密度。最终，整个5.5kW方案功率密度高达50瓦每立方英寸（W/in^3），峰值效率将高达97.5%。该方案后级的DC/DC，目前ST正在抓紧调试中。

第三，面对数据中心信息通信系统的安全方面。ST展示的方案拥有三大优势，一是保证数据的安全存储，二是提供安全密钥的生成，三是提供多种算法支持，更好的保障信息安全。

第四，由意法半导体电机控制技术创新中心研发的大功率热管理冷却系统。该产品针对高功率带来的散热挑战，覆盖10kW、7kW、4kW等不同功率等级需求，基于高性能的STM32G4系列MCU，实现对单电机、多电机的控制，可以更好地满足实现高效的冷却电源管理系统。

与英飞凌相同，意法半导体也同时掌握着碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）与硅 （Si）在内的所有相关技术，在AI技术快速发展和GPU算力持续突破的背景下，数据中心绿色转型面临新的机遇与挑战。ST将从三个维度推动行业可持续发展：首先，依托高效电源转换器IC、低功耗处理器、高性能功率器件等创新半导体技术，打造高能效的电源管理解决方案，降低数据中心能耗水平；其次，开发智能监控系统，通过实时数据分析和精准控制优化能源使用效率，降低运营成本；最后，重点开发高效的温度传感器和智能热管理系统，有效优化冷却系统的运行效率，降低能耗并延长设备寿命。

ONsemi：新一代MOSFET组合和JFET技术

安森美（Onsemi）在AI服务器供电系统领域推出基于400V 直流（DC）母线架构的全链路电源部署方案，通过分层级供电路径设计，实现从输入侧到主板供电的高效能电力传输。在其投资者简报中，安森美展示了典型的服务器供电拓扑结构：系统以不间断电源（UPS）、电池模块和峰值负载调峰架（PLSS，Peak Load Shaving Shelf）为输入起点，经主电源通路与控制器，最终连接至板载电源模块，形成完整的供电链路。

针对AI高能耗问题，ONsemi最新一代T10 PowerTrench®系列和EliteSiC 650V MOSFET的强大组合为数据中心应用提供了一种完整解决方案，该方案在更小的封装尺寸下提供了无与伦比的能效和卓越的热性能。

其中，EliteSiC 650V SiC M3S MOSFET是为应对数据中心的能效挑战提供的革命性方案，不仅满足了开放式机架V3（ORV3）电源供应单元（PSU）高达97.5%的峰值效率要求，还拥有领先的品质因数（FOM）指标。与上一代产品相比，650V SiC M3S MOSFET的栅极电荷减半，并且将储存在输出电容(Eoss)和输出电荷(Qoss)中的能量均减少了44%。与超级结(SJ) MOSFET相比，它们在关断时没有拖尾电流，在高温下性能优越，能显著降低开关损耗。

为进一步提升电源系统的整体效能，T10 PowerTrench 系列专为处理对DC-DC功率转换级至关重要的大电流而设计，在紧凑的封装尺寸中提供了更高的功率密度和卓越的热性能，这是通过屏蔽栅极沟槽设计实现的，该设计具有超低栅极电荷和小于1毫欧的导通电阻RDS(on)。PowerTrench T10系列MOSFET覆盖80V、40V、25V等电压级别，不仅能够支持中介总线转换器（IBC）达到98%的峰值效率和5kW/in³的惊人功率密度，还以低于22%的软开关损耗和30%的硬开关损耗，遥遥领先于市场上的其他同类产品，为实现数据中心电源供应单元和中介总线转换器的最高能效奠定了坚实基础。

此外，为了增强针对人工智能数据中心的电源产品组合，ONsemi去年12月已与Qorvo达成协议，以1.15亿美元现金收购其碳化硅结型场效应晶体管(SiC JFET) 技术业务及其子公司UnitedSilicon Carbide。

SiC JFET的单位面积导通电阻超低，低于任何其他技术的一半。它们还支持使用硅基晶体管几十年来常用的现成驱动器。综合这些优势，SiCJFET的采用能够加快开发速度，减少能耗并降低系统成本，为电源设计人员和数据中心运营商提供显著的价值。

MPS：开发48V新型电源架构

在追求更快计算速度的同时，GPU的能耗也在不断上升，给数据中心和服务器带来了巨大的能源压力。从趋势来看，至2027年AI/ML机架电源将向600kW发展。由于分配大电流时功率损耗随电流的平方 (I2R) 增大，必须在背板或走线中使用更多的铜来控制配电损耗，这样最终会限制系统的功率传输。

为了满足行业新的电源需求，MPS开发了一种新型电源架构，它采用独特的48V输入两级降压方案。第一级采用4:1降压模块将48V转换为12V，第二级则沿用服务器电源技术，但针对空间限制优化布板面积，推出高集成度的Power Module方案，集成了电感和驱动功能，显著缩小体积。

此外，MPS的垂直供电方案通过将模块直接贴合GPU背面，缩短供电路径，降低损耗，同时解决高度和散热挑战。该方案采用超薄设计（4mm高度），已与多家大厂合作开发定制化供电方案，如直接通过GPU引脚供电，进一步优化性能。

目前，MPS针对AI服务器领域，既拥有水平供电 (LPD）方案，也拥有垂直供电 （VPD）方案。MPS的方案主要拥有四大优势：第一，体量更紧凑、功率密度更高、配电损耗更低；第二，电源转换效率更高、顶部散热设计兼容液冷；第三，拥有严密的仿真计算、严格的出厂测试；第四，MPS能够提供很多好用的前期评估工具，如PDN仿真工具、仿真模型、灵活的GUI等。

Vicor：发布全新48V DC/DC

今年3月，Vicor推出全新推出的DCM™系列，支持以48V为中心的供电网络，提供更高的系统效率和性能。DCM（DCM3717和DCM3735）的功率等级从750W到2kW，功率密度达到5kW/in3，拥有业界领先地位。需要可扩展解决方案的电源系统设计人员可以并联器件以获得更高的功率能力。

工作输入电压范围为40-60V，可产生10V至12.5V的可调稳压输出。DCM3717系列提供750W和1kW两种功率选项，DCM3735则为2kW设备准备。这两款全新的DCM产品可进行并联，能够快速扩展系统的功率水平。在高效率方面，这些DCM产品的峰值效率超过96%，其中DCM3717的峰值效率为96.5%，DCM3735的峰值效率为96.4%。此外，新品采用的5.2mm 薄型SM ChiP™表面贴装封装，具备出色的热适应性，简化了热管理系统的设计。

从功率密度上来看，全新的48V DC/DC模块拥有行业领先的功率密度，与竞品相比，Vicor 功率密度约为竞品的10倍以上，实现了指数级的提升。

TI：行业首创的48V集成式热插拔器件

随着高性能计算和人工智能不断发展，数据中心需要高功率密度的高效解决方案来支持最新的中央处理单元、图形处理单元(GPU) 和硬件加速器。然而，由于需要提高功率密度并转向 48V 电源架构来满足处理需求，这带来了新的挑战，尤其是在以下情况下：保持可靠性、效率和可扩展性的同时，管理大于6kW的功率级别。

不断提高的电源要求通常会导致解决方案尺寸更大、设计复杂，且故障检测和保护效率低下。此外，在管理高电流的同时，确保安全运行和更大限度地降低功率损耗也是一个重要问题。与分立式场效应晶体管(FET) 结合使用的传统热插拔控制器在高功率应用中面临巨大的局限性。

为应对这些挑战，德州仪器推出集成电源路径保护的48V热插拔电子保险丝（eFuse）器件，专为数据中心应用设计，具有高可靠性和紧凑性。与需要外部检测电阻和电流检测放大器的方案不同，TPS1689和TPS1685通过集成这些功能简化了设计，在支持高功率无缝扩展的同时，将解决方案尺寸缩减高达50%。

TPS1689的差异化特性之一是消隐定时器，它通过使系统区分峰值负载电流和实际故障条件来防止误触发。该功能增强了系统可靠性，避免不必要的停机。器件还支持堆叠功能以提升电流处理能力，允许多个器件在高功率应用中协同工作。

集成的故障记录黑匣子、FET安全工作区保障、主动均流和健康监测等特性进一步增强了系统弹性。TPS1689采用行业标准通用封装，提供确保可靠运行的电源管理解决方案。

Flex：推出全新非隔离非稳压IBC

去年10月，Flex推出了新的中间总线转换器 （IBC）——BMR320和BMR321，专为数据中心提供支持，为 AI、机器学习和云应用程序提供动力。

现代IBC的效率极高，通常超过95%，可最大限度地减少能量损失和散热问题。它们外形小巧，可安装在密集的电子系统中，通常在输入和输出之间提供电气隔离，从而提高安全性并减少噪声传播。

BMR32具有固定的8:1转换比，可实现从40－60V到5－7.5V的高效一步式电源转换。它提供750W的连续功率输出，并可处理高达1500W的峰值功率。此外，该DC/DC电源转换器的峰值效率高达98%以上，同时还保持了符合开放计算项目(OCP)标准OAM v2.0的紧凑尺寸。

电压轨越来越高

众所周知，母线电压越高，转换效率就越高。根据焦耳定律Q=I^2 R t，电流越小，热损耗就越小。在相同功率下，800V 架构的电流相比400V 架构减半，热损耗能降低至原来的四分之一，不仅更省电，还能使温度更好控制，提升了能量利用效率。

2025年GTC大会上，英伟达就联合台达、麦格米特等电源合作伙伴展示了下一代数据中心800V配电网络架构。更高的电压及功率也会带来了一系列的技术挑战。

800V高压应用使得熔断器等电路保护器件用量增加。从台达的展示来看，其在Power rack、HVDC power shelf、High voltage DCDC等多处都有应用。电源单独成柜导致需要高压方案降低电流以减少线损，而高压方案则进一步带动熔断器等器件用量增加以实现灭弧等电路保护措施。

SST（固态变压器）是下一代数据中心的供电技术路线，固态变压器也称为“智能变压器”，是一种现代的电能设备，可提供双向功率流。它是大功率半导体组件，是控制电路和常规高频变压器的结合体，提供无功功率补偿，谐波抑制等多种功能。固态变压器可满足广泛的应用需求，从替代发电到牵引机车，电网和电力工业等等。固态变压器的应用范围很广，除了电压转换外，还有助于从交流AC平滑过渡到直流DC，从直流DC平滑过渡到交流AC。

超级电容显著降低供电的波动性。AI数据中心不断进行训练任务并进行高速运算，当开始训练任务时负载会迅速上升至较高功率，而当训练任务结束后又会下降至较低水平。超级电容利用快速充放电的特性实现降低供电波动性，根据台达电数据其超级电容能够将供电波动性从73%降至6%。

如图所示，随着处理器的功耗越来越高，机架中已经没有额外的空间给power shelf，BBU、超级电容或者PCS之类的升级空间，也正因此，新一代架构中直接将这些电源相关的组件统一分配到一个供电单元中，解决了数据中心输配电挑战。电源架构从Power shelf向Power rack升级

如图所示，随着处理器的功耗越来越高，机架中已经没有额外的空间给power shelf，BBU、超级电容或者PCS之类的升级空间，也正因此，新一代架构中直接将这些电源相关的组件统一分配到一个供电单元中，解决了数据中心输配电挑战。

根据台达的方案，Powershelf同样分为Power rack侧和IT rack侧的两类产品。

1）Power rack侧的power shelf：其将PDU侧480Vac转化为800Vdc输出，其内部仍然是采用了经典的Vienna PFC+LLC拓扑结构，但由于电压较高内部损耗更低，整体效率可以达到98%+的水平。从具体的结构来看，台达的方案为一套Power rack侧的power shelf由两组27.5kw的PSU组成，综合功率共计55kw。

2）IT rack侧的power shelf：其将前端的800V直流电转化为50V的直流电供给至后端的DCDC模组。从具体结构来看，单层由6组15kw的PSU组成，合计约90kw，整体效率高达98.5%以上。

图表：Power rack 侧的Powershelf拓扑结构

图表：数据中心供电架构的逐步演进

资料来源：Nvidia GTC，台达，中金公司研究部