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搭乘800V總線:NVIDIA的AI電源架構及其驅動芯片

作者: 時間:2025-11-13 來源: 收藏

廠商正紛紛發力,支持英偉達為下一代 AI 工廠計算平臺推出的 800V 直流供電架構(圖 1a)。該架構專為高效支撐下一代 AI 服務器機柜的兆瓦級功耗而設計,以單步轉換直接輸出 800V 直流電壓給每個機柜,取代了當前需將 13.8V 交流電轉換為 54V 直流供電軌的多級中間轉換流程(圖 1b)。

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即便拋開英偉達在 AI 領域的 “龍頭地位” 及其對芯片供電方式的主導權,800V 架構在能效、空間利用率和系統成本方面的優勢也極具吸引力,推動該技術快速獲得行業 momentum。

包括 Analog Devices、Infineon、Innoscience、MPS、Navitas、onsemi、Renesas、ROHM、STMicroelectronics 和 Texas Instruments 在內的多數主流廠商,均已宣布支持這一新供電架構。此外,臺達(Delta)、Flex Power、Lead Wealth、LiteOn、Megmeet 等系統組件廠商,以及伊頓(Eaton)、施耐德電氣(Schneider Electric)、維諦技術(Vertiv)等數據中心系統供應商也已加入這一陣營。

由于技術轉型尚處于早期階段,眾多廠商發布了關于這一新供電架構的技術白皮書,詳細闡述架構特性及自身的支持方案。以下為數據中心相關工程師及技術專業人士整理了一份精選閱讀清單:

首先,可閱讀英偉達發布的架構白皮書,其中深入分析了當前數據中心供電系統存在的問題(這也是催生英偉達新標準的核心原因),并概述了該架構的多項優勢。

在掌握基礎背景后,可通過以下技術文章深入了解下一代 AI 數據中心系統在設計、運維等方面的實踐細節:

EPC公司

EPC 憑借基于增強型氮化鎵(eGaN)電源管理場效應晶體管和集成電路打造的 6 千瓦、高效低成本、薄型化 800V 至 12.5V 轉換器,全面入局 800V 直流技術競賽(圖 2)。該公司的白皮書探討了該轉換器所支持的分布式架構如何通過省去不必要的轉換環節、直接向電路板供電,從而降低能量損耗和系統成本。

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Navitas

Navitas半導體在支持英偉達的下一代電源架構方面也非常積極。作為這些努力的一部分,該公司發布了一份內容豐富的白皮書。除了通常的背景之外,它還提供了對 800V 直流電源架構的各個元素的更精細的了解,然后討論了 Navitas 的GeneSiC 碳化硅 MOSFET 溝槽輔助平面結構的優勢 —— 該結構非常適用于此類應用場景。

白皮書深入分析了溝槽輔助氮化鎵場效應晶體管的結構,及其專有架構如何在實現傳統溝槽場效應晶體管更高功率密度和性能(導通電阻面積乘積、柵極電荷與導通電阻乘積、擊穿電壓平方與導通電阻面積乘積)的同時,通過簡化架構提升良率并降低生產成本(圖 3)。此外,還介紹了 Navitas 全新的 SiCPaK 功率模塊,該模塊經專門設計可耐受高濕度和高溫環境。

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Power Integrations

Power Integrations 最近發布了一份白皮書,該白皮書在 2025 年 OCP 全球峰會上發表,題為“用于 800 VDC AI 數據中心架構的 1250 V / 1700 V PowiGaN”。除了對 800V DC 架構的更新外,本文還詳細介紹了 Power Integrations 的 1,250V PowiGaN HEMT 的性能優勢,重點關注該公司經過現場驗證的可靠性以及滿足新架構功率密度和效率要求的能力 (>98%)。

此外,該論文還表明,與堆疊式 650V GaN FET 和競爭性 1,200V SiC 器件相比,單個 1,250V PowiGaN 開關可提供更高的功率密度和效率。

該白皮書還重點介紹了該公司的 InnoMux 2-EP IC 作為 800V 直流數據中心輔助電源的解決方案。InnoMux-2器件的集成1,700V PowiGaN開關支持1,000 V直流輸入電壓,而其SR ZVS作在液冷、無風扇、800V 直流架構中提供超過90.3%的1 V系統效率。

Renesas電子

Renesas電子發布了一份白皮書,討論了其器件為 AI 數據中心的 800V 配電網絡提供的優勢。它探討了該公司獨特的電源轉換器架構和其他氮化鎵功率器件將如何實現機架內 800V 直流總線的開發。這將顯著降低配電損耗和對大型母線的需求,同時仍支持通過DC-DC降壓轉換器重用48V組件。

基于公司獨特的 LLC 直流互感器 (LLC DCX) 拓撲結構,這些轉換器可實現高達 98% 的效率(圖 4)。對于 AC-DC 前端,瑞薩電子使用雙向 GaN 開關來簡化整流器設計并提高功率密度。其 REXFET MOSFET、驅動器和控制器補充了新型 DC-DC 轉換器的 BOM。

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ROHM 半導體

ROHM 半導體最近發布的白皮書概述了跨人工智能基礎設施提供大規模 800V 直流配電的幾種電源策略,并詳細介紹了支持這些策略的先進電源解決方案。該白皮書介紹了該公司的綜合電源解決方案。其中包括 EcoSiC 系列,它為 AI 服務器提供業界領先的低導通電阻和頂部冷卻模塊,以及將 GaN 性能與專有模擬 IC 技術相結合的 EcoGaN 系列。

ROHM的所有器件都支持熱設計仿真、板級設計策略和實際實施示例。



關鍵詞: 半導體 電源

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