AI 伺服器加速滲透 多相電源量價齊升

從市電輸入到最終為 CPU 等主核供電, 一般需經過三次降壓處理: 先由 PSU 將市電電網輸入電壓轉換成 48V 電壓總線, 此後再經過 LLC 電源模組降至 12V 總線上以將電能輸送給主板, 而最終在直接給主板上的 CPU/GPU 等內核供電之前, 還需經過多相電源再次降壓至 0.5-1V. 在多層級降壓轉化中, 多相電源是直接給 CPU/GPU 內核供電的最後一環.

多相電源市場長期由 TI, 英飛淩, MPS 等海外大廠主導. 多相電源作為電源管理晶片門檻較高的細分品類, 相關廠商必須在設計, 制造工藝, 封裝等方面具備深厚積累; 同時由於多相電源是配套 CPU 等主核的關鍵供電晶片, 下游整機廠, 主晶片廠商對產品性能, 質量, 可靠性均提出極高要求, 獲得 Intel 等晶片廠商的產品認證. 台灣的相關概念股有矽力. 

48V 直流電進入每個計算托盤後, 電壓會透過電源模組降壓至 12V. 這裡有兩種模組選擇: 在其 DGX 伺服器上使用 IBC 模組, 而最新的 GB200 則使用 PDB 模組. 台達電, Emerson 和 Flex 是這裡主要的 IBC 供應商.  PDB 模組的由瑞薩獨家供應, MPS 長期以來一直尋求進入 PDB 領域, 但尚未成功. Bianca 板上的 VRM, 負責將 12V 轉換為 1V, 這裡的主要供應商是 MPS.

DrMOS= Driver +MOSFET. 即集成兩個 MOSFET 和一個 MOSFET 驅動器在一個封裝中, 傳統的供電設計, 是將上行 MOS, 下行 MOS 和驅動 IC 單獨放置. 這樣的設計不僅浪費 PCB 面積, 同時會影響到電流的轉換效率. DrMOS 通過集成整合, 將 MOS 和驅動 IC 整合在一起, 這樣做不僅能夠增加轉換效率, 減少電磁干擾, 同時還能夠有效降低 MOS 的發熱量.

傳統 Server 平均需要用到 50 余顆 DrMOS 與至少 6 顆多相控制器. DrMOS 一般都是配合多相控制器使用實現 Core 供電. AI Server 中電源用量相比傳統 Server 增長 5-10 倍, 從價來看, 由於傳統 Server DrMOS 輸出電流為 90A, 而 AI Server DrMOS 輸出電流為 130A, 因此 AI Server 中使用的多相控制器與 DrMOS 的價格也會呈現提升趨勢.

尼克森也在推廣 DrMos 產品, Driver 則是有配合的供應商, 主要應用在 Power 相關, 單價較高, 目前已開發完成, 客戶包括在 IPC/主機板/NB 領域. 富鼎則是與類比電源 IC 設計公司合作開發 DrMos, 並於今年進入量產, 主要是針對 PC 市場. 大中已於 2023 年完成 DrMos 的產品樣品開發以及客戶的驗證, 持續在推廣中, 有機會打入客戶的筆電以及桌機新機種.

鉭電容器屬於電解電容的一種, 結構上最主要的特點是使用金屬鉭做介質. 鉭電容擁有高能量密度, 高可靠性, 穩定的電性能, 較寬的工作溫度範圍等特性, 在工業市場, 軍用市場都得到了廣泛應用. 按外形可將鉭電容分為引線式和貼片式; 按其陰極材料可分為液態電解質鉭電容器, 二氧化錳固體鉭電容器, 聚合物 (Polymer) 固體鉭電容器. 其中最常用的是固體鉭電容器.

鉭電容性能優良, 具有工作溫度寬, 體積效率高, 可自愈, 高頻效率好, 適宜小型化等優勢, 廣泛適用於各種應用場景. 由於鉭電容內部沒有電解液, 很適合在高溫下工作, 其次鉭電容工作過程中可自動修復或隔絕氧化膜中的瑕點, 保證了其長壽命和高可靠性. ESL 值小, 高頻濾波特性. 比容量非常高, 因此特別適宜於小型化.

美國 Vishay, KEMET (被國巨收購), AVX 公司為代表的國際鉭電容器制造商, 因其進入市場較早, 掌握和積累了鉭電容器的核心技術和關鍵材料, 且其鉭電容器生產設備儀器先進, 精度高, 可控性強, 效率高, 無論是企業的規模, 產品的可靠性, 一致性, 大容量, 低 ESR 新產品開發等方面均領先於其他鉭電容器企業.

郭明錤指出, Vishay 在 Blackwell 伺服器的訂單狀況均超乎預期, 包括 MOSFET/DrMOS (VRPower), vPolyTan (Polymer Tantalum, 如T55), 分流電阻 (Current Shunt Resistor), 瞬態電壓抑制器 (Transient Voltage Suppressor/TVS), 蕭特基二極體 (Schottky Barrier Diode/SBD) 等. 其中最值得關注的是 MOSFET 與 vPolyTan (鉭電容).