这两天，Computex上演了一出“神仙打架”的戏码，英伟达、英特尔、AMD、高通、Supermicro、恩智浦等厂商的演讲一个比一个重磅。可以说，基本上所有的终端都已经被AI所加持，人们页感叹，全民AI时代，真的来了。
但在井喷式增长和算力竞赛的背后，电力消耗已经成长到前所未有的规模，尤其是以“吞电兽”著称的AI大模型，更是猛烈地冲击电网。厂商并非没有意识到这个问题，因此在今年的Computex上，多家厂商展出应用于AI运算及终端设备的高效电源、散热、被动元件等技术，包含多款首次亮相的AI服务器电源及液冷散热方案、芯片垂直供电技术等，发挥所长驱动AI产业发展。在Computex同期，我们熟知的各个模拟芯片厂商也放出了自己在数据中心上的解决方案。可以说，Computex带火了AI，背后的电源技术也火了，而这也包含多个维度。
芯片商：给数据中心省省电 
目前，高阶GPU的单芯片功耗高达1 kW，到二十年代末将达到 2 kW或更高，这将增加数据中心的总能源需求。根据国际能源机构（IEA）的预测，到2030年，数据中心的耗电量将占全球总耗电量的7%，相当于印度目前的耗电量。另据国际能源署《电力2024》显示，与一般的搜索引擎请求相比，搭载人工智能的引擎需要消耗超过10倍的电力，预计在未来不到两年的时间，全球数据中心的电力需求将达到约1000太瓦时（TWh）。不过，从电网到处理器，电力需要经过四次转换来为人工智能请求的处理提供电能，这可能导致约12%的电力损耗。此外，通过采用新型节能的电源装置（PSU）也能有效提高功率密度，增强效率，减少损耗。最近一个月内，模拟芯片厂商也和AI芯片厂商一样，开启了“神仙打架”模式。5月25日，英飞凌更新其PSU路线图，涵盖了已推出的输出功率为3 kW和3.3 kW的PSU外，全新8 kW和12 kW PSU也将在不久的将来进一步提高AI数据中心的能效。这个路线图最大的亮点无疑是市场上罕见的8 kW和12 kW输出功率的电源型号，特别是12 kW的参考板，几乎是世界首个能够达到如此高能效水平的数据中心电源方案。从参数来看，英飞凌的这两个全新PSU的效率也非常恐怖，达到了97.5%。根据英飞凌的规划，8 kW PSU将于 2025 年第一季度上市。全新8 kW PSU支持最高输出功率达300 kW或以上的AI机架。与当前3 kW PSU的32 W/in³ 相比，其效率和功率密度提升至100 W/in³，进一步缩小了系统尺寸并节省了运营商的成本。从技术角度来看，硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）三种半导体材料便是英飞凌的三板斧，通过将碳化硅MOSFET（CoolSiC™）、氮化镓晶体管（CoolGaN™）和硅MOSFET（CoolMOS™）集成到单一模块中，英飞凌把PSU的效率做到了极致。安森美也加入了这场竞赛，于6月6日推出提高数据中心能效的完整电源解决方案——最新一代T10 PowerTrench+EliteSiC 650V MOSFET，该方案在更小的封装尺寸下提供了更强大的能效和热性能。此外，该组合解决方案还符合超大规模运营商所需的严格的开放式机架 V3 (ORV3) 基本规范，支持下一代大功率处理器。 这一次，安森美也给出了一组非常直观的数字：通过使用T10 PowerTrench系列和EliteSiC 650V的组合解决方案，数据中心能够减少约1%的电力损耗，如果在全球的数据中心实施这一解决方案，每年可以减少约10太瓦时的能源消耗，相当于每年为近百万户家庭提供全年的用电量。具体来看，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，通过屏蔽栅极沟槽设计，实现了紧凑的封装尺寸提，提供了更高的功率密度和热性能，该设计具有超低栅极电荷和小于1毫欧的导通电阻RDS(on)。此外，软恢复体二极管和较低的 Qrr 有效地减少了振铃、过冲和电气噪声，从而确保了在压力下的最佳性能、可靠性和稳健性。T10 PowerTrench 系列还符合汽车应用所需的严格标准。EliteSiC 650V MOSFET则提供了卓越的开关性能和更低的器件电容，可在数据中心和储能系统中实现更高的效率。与上一代产品相比，新一代碳化硅(SiC) 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。这使得客户能够在提高工作频率的同时减小系统元件的尺寸，从而全面降低系统成本。当前，为数据中心提供电力的配电网（PDN）广泛采用的是传统的12V电源架构，Vicor则是一只主张48V电源架构的那个，Vicor曾表示，在面对低电压大电流挑战下，从12V转到48V系统结构是提高效率的重要解决方式。作为最先推出48V至负载点模块的厂商，Vicor的数据中心供电方案已经赢得了包括NVIDIA、英特尔、寒武纪、天数智芯、谷歌等在内的多家客户，大规模应用于从48V直接为XPU供电的主板中。之所以广受青睐，这是因为Vicor在48V系统架构上拥有诸多创新。在面对“最后一英寸”（Last inch）和PCB空间受限的低电压大电流挑战之下， Vicor选择采用分比式电源架构（FPA）取代传统多相位稳压器以优化整体方案。并且主要将数据中心电源产品分为三大产线：- 48V至负载点模块：即上述的横向供电 (LPD) 合封电源与垂直供电 (VPD)合封电源两个方案；
- 48V与12V的桥接：主要为厂商提供12V和48V间转化的模块产品，其中NBM2317是典型方案，NBM2317采用不足3.3立方厘米的封装，提供48V至12V双向转换，在750W稳定功率和1kW峰值功率下，支持98%的峰值效率；
- 高压DC模块和AC/DC直流电模块：传统电源方案还是Silver Box，Vicor认为这种技术功率密度的提升速度较慢，其方案也进行了创新。
德州仪器（TI）一直也在为提高功率密度而努力，这家公司的重心则偏向于氮化镓（GaN）。今年3月，德州仪器推出两个全新的功率转换器件产品系列，可帮助工程师在更小的空间内实现更高的功率，从而以更低的成本提供超高的功率密度。德州仪器新款100V集成氮化镓 (GaN) 功率级采用热增强双面冷却封装技术，可简化中压应用的热设计并实现超高的功率密度（高于 1.5kW/in3）。德州仪器新款1.5W隔离式直流/直流模块集成了变压器，具有业界超高功率密度和超小尺寸，可帮助工程师将汽车和工业系统中的隔离式辅助电源尺寸缩小89%以上。德州仪器表示，对于电源设计人员来说，在有限空间内提供更高功率始终是一项关键设计挑战。以数据中心为例，如果工程师可以设计高功率密度的服务器电源解决方案，那么，数据中心能够更高效地运行，来满足不断增长的处理需求，同时还能更大程度地减少对环境的影响。我们很高兴能够通过我们的创新成果来助力工程师提供超高的功率密度、效率和热性能，继续突破电源管理极限。
数据中心电源：48V用上了
从上述芯片厂商的动作我们可以看出，功率密度和48V是主要的目标，而从开关电源厂商展出的展品的确使用了这些产品和技术。开关电源与散热管理厂商台达展出了符合第三代开放式机柜标准（ORV3， Open Rack v3）的机架式电源，其中首次登场的66kW与33kW机架式电源，能源效率高达97.5%，将会是下一代AI服务器的主流。针对芯片所需的DC/DC电力转换需求，台达展出多款输出功率介于200W～2000W的DC/DC转换器，能效可高达98.5%，包括已使用广泛在市面AI运算设备的48V转12V DC/DC转换器。而台达亦已为客户成功导入以专利设计及材料配方打造的功率电感，具耐电流能力佳、能源耗损低等特性，是板端电压转换的关键被动元件。台达电源及元器件事业范畴执行副总裁史文景表示：“集结电源、散热、被动元件等领先技术，台达能满足AI服务器、芯片对供电及散热能力的高度需求，例如此次展出的芯片垂直供电技术，通过减少电源传输路径，可减少AI处理器5%～15%的能源损耗；以及首度亮相、为新一代AI服务器GPU/CPU设计的液冷冷板模组，再搭配台达高效能散热风扇以及机柜内（In Rack）冷却液分配装置 CDU（Coolant Distribution Unit），都是台达持续技术创新的实绩。”本次展会，鑫谷展示了其CRPS3200W高功率服务器电源，转换效率可达钛金标准，三围尺寸为185mm*73.5mm*39mm，体积为530cm³，功率密度高达6.03W/cm³。另外还有CRPS4800W/5500W等规格，CRPS5500W的功率密度更高达7.24W/cm³，可见鑫谷已投入大量研发资源，致力于开发更为高效的电源技术来满足云计算的数据中心对能源的需求日益增长，更高的能量转换效率和更低的能耗电源能为数据中心的可持续发展提供了有力保障。
PC电源：给电脑也省省电
AI越来越走向边缘端，越来越多的工作站或者个人PC也在跑AI，所以PC电源模块，也要省电。本次Computex上，也有许多电源模块新产品亮相。酷冷至尊新推出的电源包括X Silent静音系列旗下Edge Platinum 850W 及1100W产品、MAX Platinum 1300W产品以及X Mightly高功率系列Platinum 2000W产品亮相Computex。X Silent Edge Platinum作为业界首款达到850W与1100W的无风扇电源，除搭载酷冷至尊自研的散热与电源方案之外，还通过英飞凌完整的解决方案，大幅提升转换效率，从而能够达成高性能机型的无风扇设计，可免去因风扇震动造成的噪音及灰尘问题，应用于无风扇系统中可达到10dB(A)以下的静音体验。同系列1300W电源则基于同样的高规格组件与平台，再搭载酷冷至尊专属莫比乌斯风扇，为消费级电源市场提供更高耐用度与高可靠性的电源方案。此外，顺应未来AI应用高算力趋势，酷冷至尊推出X Mighty Platinum系列2000W高功率电源，通过英飞凌的电源组件并搭载PMBus接口与数字监测功能，可完全释放2000W的运算效能，峰值功率更可达到4000W，适用于专业级工作站或搭载更多显卡的设备，在满足AI时代下高算力所需功耗的同时，亦确保了高可靠、高质量的电源供应。
X系列机型在其全桥式LLC拓朴设计中，采用了英飞凌主动式桥式整流解决方案与全面性的电源产品组合，包括:PWM IC、涵盖硅 (Si) 和碳化硅 (SiC) 的分立式功率器件以及创新的SMD封装产品。通过英飞凌完整的解决方案，利用不同组件的特性，提供更佳的设计能力，有助于达成高功率、高效率的设计。为了满足AI计算和未来硬件的需求，主板硬件领域的领军品牌MSI微星带来了MEG Ai1600T PCIE5电源，不仅通过了业界严苛的80 PLUS钛金认证，确保了电力供应的稳定性和一致性，还采用了SiC-MOSFET和交错式PFC技术，进一步提升了功率校正的稳定性和效率。MEG Ai1600T PCIE5配备了两个原生12V-2x6接口，并符合最新的ATX 3.1标准，具备2倍总功率偏离和3倍GPU功率偏离的特性。同时，微星还推出了现款MPG GS系列电源，这一系列电源同样符合ATX 3.1标准，并配备了两个12V-2x6连接器。MPG GS系列提供了1200W、1000W和850W三种型号，可轻松应对PCIe 5.0显卡等，预计将在2024年底上市，为用户提供多样化的功率选择。作为计算机电源供应器与CPU散热器的领导品牌，安耐美推出了多款符合ATX 3.1规范的电源供应器，涵盖从80PLUS钛金到白金、金牌等多个效率等级，瓦数最高可达2400W。其中，与超频选手Splave合作推出的REVOLUTION D.F. X PRO-Splave联名款电源供应器，特别配备了5VSB快速放电功能，为超频比赛中的选手提供了独特优势。此外，安耐美还将展出多款小巧但强劲的电源供应器，如MaxTytan Digital 1650W钛金等级电源，具备智能无风扇设计和瓦数显示器；Platimax 2400W则以其2400W的超高输出和18公分的铁壳深度，满足了特定中塔型机壳的需求。同时，安耐美还推出了多款工作站等级的电源供应器，如Platimax D.F. Ultra和Platimax D.F. 12，以及适合不同玩家需求的REVOLUTION D.F. X PRO系列。华硕发布了ROG雷神THOR 1600W Titanium III电源。这款电源采用全模组设计，额定功率为1600W，转换效率方面获得了80Plus钛金认证。据ROG官网介绍，ROG雷神THOR 1600W Titanium III电源在电气性能方面符合ATX 3.1标准，采用了主动式PFC结构，配备两个12V-2×6接口，同时配备了华硕自研的显卡供电智能稳压技术。此外，这款电源为了兼顾转换效率及机身体积，其内部采用了体积小、能效高的GaN氮化镓 MOSFET。有意思的是这款电源还配备TURBO 模式，官方宣称该模式可以使其在高频和高负载的场景中同样拥有出色的电气性能表现。在特色功能方面，ROG雷神THOR 1600W Titanium III电源配备了一块磁吸OLED显示面板，可安装在电源机身的两侧且显示实时功耗。散热方面，这款电源配备了双滚珠轴承风扇，具有更长的使用寿命，此外这款电源内部还配备高规格的散热片，电源底部采用了铝制材料，进一步提高电源的散热效率。此次展会，振华电源不仅带来了备受瞩目的LEADEX系列电源，还展出了新品COMBAT战斗系列电源以及已上市的ZILLION卓凌系列电源。振华电源的LEADEX系列一直以来都是市场上备受推崇的高品质电源产品。此次参展的LEADEX系列电源包括LEADEX VII 1600W、LEADEX VII 1400W、LEADEX 2800W、LEADEX 1700W以及LEADEX VII 1200W等多款型号，它们也采用英飞凌的方案。振华电源还带来了备受期待的新品COMBAT系列电源。但其独特的设计和卓越的性能已经引起了业界的广泛关注。
总结
事实上，随着人工智能在多领域广泛应用，在数据中心中，除了AI计算芯片，硬件加速芯片也在片内集成了更多的功能单元，如高带宽内存（HBM）、加速引擎等。这些不仅会继续增加产品的耗电量，也会对于供电系统的设计也提出了挑战。现在，随着第三代开放式机柜标准（ORV3， Open Rack v3）开始加大使用，越来越多的玩家也加入到这场竞赛之中，可见，数据中心电源未来的市场一定也会越来越卷。而在PC领域，随着AI PC概念的兴起，PC电源未来的发展也一定会和数据中心一样，对功率密度要求越来越高，节能省电则是占领市场的第一先决条件。
