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储能系统技术 储能系统 DC-DC变换器 ★ 5.0

用于AI供电的多芯片多相DC-DC变换器:环形、链式还是网络结构,独立运行还是主从控制?

Multi-chip multi-phase DC-DC converters for AI power: a ring, a chain, or a net, independent or master-slave?

作者 Yan Lu1Zhiguo Tong2Jiacheng Yang2Zhewen Yu3Mo Huang2Xiangyu Mao4
期刊 半导体学报
出版日期 2025年1月
卷/期 第 46 卷 第 7 期
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 DC-DC变换器
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 Yan Lu Zhiguo Tong Jiacheng Yang Zhewen Yu Mo Huang Xiangyu Mao 半导体学报(英文版) Journal of Semiconductors
语言:

中文摘要

随着人工智能工作负载呈指数级增长,超薄、高效率且功率密度极高的电压调节模块(VRM)成为背面供电架构的关键。高密度多相DC-DC变换器在XPU平台的垂直电源输送(VPD)中发挥核心作用。将其置于处理器下方并优化空间布局,可实现超过2 kA的核心供电电流,并显著降低配电网络(PDN)损耗。VPD架构可提升系统能效,单颗处理器节电超100 W,在拥有约10万颗处理器的数据中心可实现兆瓦级节能。结合48 V电源架构与先进封装技术,有助于平衡算力需求与碳排放控制,推动绿色可持续发展。

English Abstract

Motivation.As artificial intelligence(AI)workloads esca-late exponentially,ultra-thin,high-efficiency voltage regula-tor modules(VRMs)with exceptional power density become essential for backside-mounted configurations[1].Thus,high-density multiphase DC-DC converters are pivotal for imple-menting vertical power delivery(VPD)architectures in XPU platforms.Strategically positioning these converters beneath processors and maximizing spatial utilization enables core rail currents exceeding 2 kA while significantly reducing the power distribution network(PDN)losses compared to conven-tional solutions.The VPD configuration elevates system-level energy efficiency with>100 W power saving per processor,yielding megawatt-scale savings in a datacenter that uses~100 000 processors.The synergy of 48 V power conversion architectures and advanced packaging techniques enables the industry's commitment to balancing computational demands with CO2 emission reduction and environmental sus-tainability.
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SunView 深度解读

该多芯片多相DC-DC变换器技术对阳光电源储能与充电产品具有重要应用价值。在PowerTitan储能系统中,可借鉴其高功率密度VPD架构优化BMS电源管理模块,提升电池簇级DC-DC变换效率,降低PDN损耗。48V母线架构与多相并联技术可应用于ST系列储能变流器的辅助电源设计,实现兆瓦级系统百瓦级节能。在充电桩产品线,环形/链式多芯片拓扑可优化功率模块布局,提升功率密度,支持超大电流快充需求。主从控制策略可融入iSolarCloud平台的智能功率分配算法,实现储能系统多模块协同控制。该技术对SiC/GaN器件在高频多相变换器中的应用具有工程化参考价值,助力阳光电源实现高密度、高效率的电力电子系统创新。