背景与行业演进
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随着AI系统不断突破性能边界,电流需求也快速增长。在单处理器插槽电流需求频繁触及1000A至2000A的当今,下一代AI系统正面临关键的布局瓶颈。
为了稳定满足如此巨大的低电压供电需求并尽可能减小纹波,电压调节模块(VRM)架构不得不大幅增加相数,将大电流分散到多个元器件上,以防止过热、减小输出纹波并改善瞬态响应。这意味着新一代VRM往往需要16相、24相甚至更多相。这种激增的电力需求正值人工智能系统级芯片(SoC)和专用集成电路(ASIC)大幅扩展之际;在提供更高计算密度的同时,这些芯片也占用了更多的电路板空间,而电路板的整体尺寸却受到严格限制。严重的物理空间挤压,使电源设计人员必须在有限面积内通过密集的多相网络大幅提高电流。
在这种需求推动之下,采用双相DrMOS等高密度、小尺寸元器件已不再只是优化策略,而成为克服空间限制和供电压力的必要手段。
当今DrMOS现状
DrMOS的演进驱动力一直源于通过封装创新提升功率密度的需求。约在2017年,DrMOS技术进入5mm×6mm 时代并迎来一项重要里程碑:借助先进的硅工艺和散热优化,在相同封装尺寸下,电流能力成功从70A提升至 90A。为进一步优化空间利用率,2021年业界又推出4mm×6mm90A规格;在保证90A输出能力的同时,将封装宽度又缩减了1mm,使大电流供电相能够更紧密地布局于CPU周边。至今,这仍是DrMOS的主流标准。
然而,最新一代处理器对功率提出了前所未有的需求,未来的发展趋势正快速转向双相集成,例如 5mmx5mm 双相方案(60A + 60A)和6mmx6mm双相方案(90A + 90A),即将两相集成到单个封装中,以最大化电流密度并节省宝贵的PCB空间。
双相DrMOS的主要优势
双相DrMOS解决方案具有三大优势:更高功率密度、更低输入电压选择以及更灵活的封装方案。
更高功率密度
双相DrMOS能够实现前所未见的功率密度,这对高性能计算应用中的现代电压调节模块设计至关重要。相比采用两个独立的单相DrMOS,双相DrMOS能够在有限占板面积内提供更高的电流输出(每相90A),从而显著提升空间利用率。
采用双相 DrMOS 能够实现更高集成度,在为高密度设计保持高输出功率(POUT)的同时,有效节省宝贵的电路板空间。通过将两相集成到单个封装中,双相 DrMOS 可大幅减少总体元件数量和占板面积,实现更紧凑、更高效的布局(见图 1),从而降低成本并节省PCB空间。
图1:紧凑PCB空间中的高功率密度
16V和8V输入电压选项
除了标准16V版本MP87595外, MPS还提供新型低电压版本,8V 双相 DrMOS -MP87597。与传统 4mmx6mm DrMOS 相比,MP87597可提供更高的功率转换效率和大幅提升的功率密度。该器件采用更低输入电压,通过降低开关损耗并优化低电压核心电源轨的占空比,实现功率转换效率的显著提高。
在相同的6mmx6mm封装内,MPS低电压工艺可提供特定导通电阻(RDS(ON)),从而在不牺牲效率的情况下,将双相功能无缝集成到单颗芯片中。
与采用传统高压工艺的双相DrMOS相比,MPS解决方案在相同测试条件下可实现2%的效率提升(见图2)。
图2:16V与8V器件效率对比
裸露顶面和标准包封封装选项
双相 DrMOS 解决方案同时提供传统包封封装和裸露顶面封装选项(见图3和图4)。
图3:裸露顶面封装选项
图4:包封顶面封装选项
裸露顶面封装设计可在硅片至环境或外部散热器之间提供直接的低热阻路径,从而显著提升散热性能。这种设计允许将专用散热器或热界面材料直接安装在DrMOS顶部。由此形成的第二条散热路径可补充传统的PCB散热路径。
这种结构能够更高效地从元器件顶部散热,防止热量在PCB上积聚,从而使紧凑型系统设计实现更高的功率密度。
MPS双相DrMOS系列:MP87595和MP87597
MPS 不断扩展的DrMOS产品系列包括MP87595和MP87597,两者均可实现高密度电源解决方案,帮助克服现代AI系统面临的空间限制。
MP87595是一款双路输出Intelli-PhaseTM解决方案,支持3V至16V宽输入电压 (VIN)范围。每相最大连续电流高达 90A,同时支持Accu-SenseTM电流采样功能。该器件采用顶部裸露的LGA-40 (6mmx6mm)封装,可提供优异的散热性能;在顶部裸露条件下, (ΘJT为0.2°C/W ,ΘJB为0.8°C/W )。
MP87597 除具备相同封装尺寸和主要特性以外,还具有更高的电流能力,最高达100A,VIN最高为8V。借助MPS的低电压工艺,MP87597还可进一步提高效率。
结论
双相DrMOS技术通过最大化功率密度,有望突破AI系统中的供电瓶颈和电路板尺寸限制。具备双相DrMOS解决方案所需特性的MP87595 和 MP87597 是支持下一代 AI 计算的极佳选择。欲了解更多信息,请浏览 MPS 功能强大的Intelli-PhaseTM DrMOS 解决方案.
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