AI算力GPU開始騰飛，背后是電源管理的持續(xù)支持

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）近期，IDC出具了一份報告顯示，AI PC在中國PC市場中新機的裝配比例將在未來幾年內(nèi)快速攀升，預(yù)計2024年將迅速增長至55%，在2027年將達(dá)到85%，而今年也將成為AI PC元年。

不僅是AI PC，還包括AI服務(wù)器、AI手機、AI汽車等，眾多AI實際應(yīng)用讓算力GPU的需求大增，也在不斷追求性能更高的GPU。而隨著GPU性能的提升，其功耗與穩(wěn)定性的難度也隨之增加。這就需要電源管理在背后為其提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，讓GPU提供更好的AI算力支持。

算力GPU背后是電源管理

在AI的高速發(fā)展下，對GPU產(chǎn)生了顯著影響，如AI領(lǐng)域，特別是深度學(xué)習(xí)算法需要大量的并行計算能力，GPU因其并行處理單元而成為執(zhí)行這些任務(wù)的理想選擇。這推動了GPU性能的不斷提升，以滿足AI計算的需求。

同時，隨著模型復(fù)雜度和數(shù)據(jù)集的不斷增長，GPU需要配備更大容量的顯存，并提供更高的顯存帶寬，以滿足大數(shù)據(jù)處理和緩存的需求。在保證算力提升的同時，還需要大幅降低單位功耗，提高能效比，這對于數(shù)據(jù)中心運維成本和環(huán)保都有重要意義。

但這樣一來，就會帶來幾個問題，一個是散熱問題。更高的算力意味著更大的發(fā)熱量，傳統(tǒng)的散熱解決方案可能無法滿足需求，需要創(chuàng)新的散熱技術(shù)和材料以確保GPU能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行。

另一個挑戰(zhàn)是電源管理，更高的功耗要求電源管理模塊具備更優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率和動態(tài)負(fù)載適應(yīng)能力，同時需要實現(xiàn)更加精細(xì)化的電源分配和控制策略。而更精細(xì)的電源管理，也能在一定程度上降低發(fā)熱量。

同時，隨著GPU性能的提升，其對電源穩(wěn)定性的要求也更高。電源管理系統(tǒng)需要確保在高負(fù)載情況下，GPU能夠獲得充足且穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

總的來說，GPU的發(fā)展，對提出了包括功耗、電流電壓調(diào)控速度與精度、穩(wěn)定性、紋波和噪聲控制等方面的要求。

考慮到AI領(lǐng)域?qū)﹄娫葱枨蟮目焖僭鲩L，傳統(tǒng)的模擬控制解決方案可能已不再適用，數(shù)字控制解決方案因其可擴展性和配置靈活性而成為主流。電源紋波和噪聲的控制也成為設(shè)計中的一個重要考慮因素，以確保系統(tǒng)的精確性和可靠性。

而數(shù)字控制解決方案之所以成為主流，是因為它們在可擴展性、配置靈活性、減少外圍器件數(shù)量以及更好的穩(wěn)壓性能方面具有明顯優(yōu)勢。并且隨著AI技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，這些特點使得數(shù)字控制解決方案更加符合當(dāng)前和未來AI市場對電源管理的需求。

用于支持GPU的電源管理解決方案與相關(guān)企業(yè)

目前國內(nèi)外眾多企業(yè)提供了多種型號的電源管理芯片，以支持高算力GPU的需求。比如TI、ADI、英飛凌、ST、富士通等，還有國內(nèi)的如力芯微、希荻微、晶豐明源等。

這些企業(yè)提供的電源管理芯片型號眾多，具體型號需要根據(jù)GPU的功耗、性能要求以及系統(tǒng)設(shè)計的具體需求來選擇。通常，這些芯片的型號會在其官方網(wǎng)站或產(chǎn)品目錄中詳細(xì)列出，并提供技術(shù)支持和設(shè)計指南以幫助客戶選擇合適的產(chǎn)品。

以UCC2871x系列為例，該芯片主要用于提供隔離輸出的恒壓（CV）和恒流（CC）輸出穩(wěn)壓，通常應(yīng)用于USB兼容適配器和充電器、電視和臺式電腦待機電源以及白色家電電源等產(chǎn)品中。

雖然UCC2871x系列芯片本身并不是專門為支持GPU設(shè)計的，但它們可以作為電源解決方案的一部分，為GPU提供所需的電源轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)功能。GPU通常需要穩(wěn)定和高效的電源供應(yīng)，而UCC2871x系列芯片能夠提供這種隔離式的電源解決方案，這對于需要隔離電源的GPU應(yīng)用場景是有益的。

不過要注意的是，GPU通常需要高功率和高效率的電源管理，以及可能需要多相供電和精確的電壓調(diào)節(jié)。因此，如果要將UCC2871x系列芯片應(yīng)用于GPU的電源設(shè)計中，需要確保它們能夠滿足GPU的具體電源要求，包括功率、效率、電壓穩(wěn)定性和多相供電等。此外，可能還需要其他電源管理芯片或組件來共同工作，以確保整個電源系統(tǒng)能夠滿足GPU的復(fù)雜需求。

而國內(nèi)的如晶豐明源推出的BPD93010，作為一款10相數(shù)字控制電源管理芯片，適用于CPU、GPU、AI等大功率計算芯片供電。這款芯片具備多種電源管理功能和保護特性，如UVLO（欠壓鎖定）、OTP（過熱保護）、OCP（過流保護）、UVP（欠壓保護）、OVP（過壓保護）、VINOVP（輸入電壓欠壓保護）和VINUVP（輸入電壓過壓保護）等。

BPD93010的設(shè)計旨在為高性能計算設(shè)備提供高效、穩(wěn)定的電源解決方案，特別是在需要多相供電的場合。它通過數(shù)字控制方式，搭配自主開發(fā)的GUI軟件，提供智能的應(yīng)用體驗，并支持多種調(diào)壓協(xié)議，如PMBUS/I2C等，以及具備多種保護功能和故障監(jiān)測能力，適用于高性能計算和AI服務(wù)器的電源設(shè)計。

當(dāng)然，還有其他方案，如富士通的32位RISC微控制器MB39C326，雖然它本身不是專門的PMIC，但它可以在系統(tǒng)中輔助進行電源控制和管理。當(dāng)然，MB39C326并不直接管理電源電路，它更多的是通過邏輯控制和通信來輔助電源管理。實際的電源轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)功能仍然需要由專門的電源管理芯片或模塊來完成。在設(shè)計高性能AI算力GPU的電源系統(tǒng)時，通常會結(jié)合使用微控制器和電源管理芯片，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源供應(yīng)和控制。

小結(jié)

在AI快速發(fā)展的當(dāng)下，對GPU的性能要求越來越高，這也拉高了對其電源管理的要求。GPU的電源管理不僅要提供充足、穩(wěn)定的電力，還要具有智能化、精細(xì)化的調(diào)控能力，以確保GPU在性能、效率和穩(wěn)定性之間取得最佳平衡。