电子发烧友网报道(文/章鹰)2022年12月,中国5G通信市场和服务器传来好消息,根据工信部发布的《2022年1—10月份通信业经济运行情况》显示,截至10月末,5G基站总数达225万个,比上年末净增82.5万个,占移动基站总数的20.9%,占比较上年末提升6.6个百分点。5G基站耗电比4G 4G时代大幅提升,这对运营商带来很高的维护成本。因此如何帮助基站降功耗对于5G基站的电源产品而言是最为重要的。“2022年和2023年,5G市场电源出货量增长比较大,特别是5G基站、以及5G中回传相关的路由设备、交换设备、光模块级相关板卡设备,这种是模块电源较大的出货对象;而到了2023年和2024年,随着AI大数据领域、以及超级计算机或者超级计算单元等应用的迅猛发展,大电流和高功率密度模块、以及高能量密度的Power Block模块也将会迎来爆发式的需求增长。” MPS 电源模块产品线经理涂瑞对电子发烧友记者表示。为何在5G、AI和HPC三大领域,模块电源呈现出旺盛的发展势头?与分立器件相比,模块电源有哪些优势和市场挑战?MPS的新品如何解决这些挑战?MPS 电源模块产品线经理涂瑞给出了明确的答复。为什么使用模块电源?涂瑞指出,MPS开发电源模块的初衷,是为了尽可能给客户提供更简单、更易用的产品,提供可靠性更高的产品,通过模块电源来压缩客户硬件开发周期,减少PCB设计中反复迭代而产生的研发资源浪费。MPS在支持客户做电源产品开发时发现,传统的分立方案电源设计中,从芯片选型、到被动元器件计算和选择,整个过程就需要至少2周,甚至长的需要到3个月;接下来较为复杂的原理图和Layout设计、 回板调试验证,这种工作都需要大量的时间。而电源模块产品的优势是,高度集成,可以给客户省去大量前期选型、验证的时间,并能帮助客户减轻原理图和Layout的耗时;从过去的经验看,我们使用电源模块会比分立方案减少多达70%的设计时间。从上面图表中,我们看到左图100A分立方案有它的控制器、DrMOS和其他的很复杂的外围器件来构成这样一个分立方案。每个部件之间都需要比较复杂的连线,原理图看起来复杂难懂,工程师做起来就会感觉更加头疼。MPS将100A的方案做成一个电源模块集成到里面去,右图可见。对于客户阅读和硬件设计来说,就非常友好。他只需要一些简单的输入电容和必要的输出电容。此外,电源模块还有两大优势:体积小和散热优势,这些也是客户选择的原因。我们可以看到,电源模块的设计中,可以通过各种3D堆叠的方法,将电感本体和IC本体封装在同一块XY的区域内,这样可以减少大量的平铺面积,为客户的PCB板节省1/3甚至高达1/2的占板空间。散热问题,MPS通过这种3D堆叠技术,可以通过对电感进行一个特殊处理。有效地消除解决方案中芯片的发热瓶颈,提高整个方案的散热能力。从2020年开始,除了AC到DC的这种一次电源模块,就是这种转48伏那种常规的,仅仅是二次电源模块(也就是传统DC-DC电源模块产品)需求,包括板块电源,包括最后的POL电源等等,需求量增长非常迅速。从2020年的2亿美元的小众市场,逐步成长至2024年,预估会成为接近10亿美元的较大市场。如果包含广义上集成电感的Power Block和一些特种应用的需求,整个电源模块市场的需求量会更大。在5G宏基站上,MPS可以提供整套POL电源,覆盖AAU和BBU(或者是CU+DU),MPS的电源正在帮助客户降低整板功耗,节省空间。除了DCDC,MPS近年来推出多款电源模块,将晶圆,电感,电容和其他外围器件以芯片级的封装技术封装在一个很小的体积里,可以降低客户大电流电源设计的难度,加快设计周期。2023年和2024年,随着AI大数据领域、以及超级计算机或者超级计算单元等应用的迅猛发展,大电流和高功率密度模块、以及高能量密度的Power Block模块也将会迎来爆发式的需求增长。电源模块设计面临哪些挑战?1、首先面临的挑战,就是功率密度和模块体积的要求越来越严格。大家可以看到这是一个OAM数据处理单元,某型OAM单元,单板上处理器的需求功耗是600W,已经远超之前的单颗电源模块的输出功率了。而随着OAM标准的演进,整个单元中电源方案需要和计算系统方案会深度集成,进一步带来了更严苛的挑战;2、更高的处理电流,从几百安培增加到1千安培,甚至我们看到有一些比较领先的一些设计,已经朝着2kw在迈进;3、随着负载功率增加,客户对于效率要求越来越高,90%以上的效率已经成为一些标准;4、功率需求增加,整个单元的占板面积客户要求反而要越来越小。还有两大挑战,散热要求严苛,而且在越来越多的应用领域,涉及到通用FPGA或者专用ASCI芯片的供电需求也越来越多。比如有各种AI加速卡之类的供电、有超级计算机的计算单元的供电,有5G设备中专用的ASCI数据处理接口芯片的供电,还有一些工业测试机或者工业自动化设备中供电。智能化需求也在增加,例如一些负载会突变,在线会发生负载极大变化的这种应用,那我们怎么样能够智能的分配负载,动态的分配负载,让客户来更好的设计方案。MPS采取了创新电源芯片设计思路。涂瑞指出,多路化的电源是未来发展的一个很重要的方向。因为多路输出的模块,加上3D封装,带来四大优势。:1、多路输出的3D封装模块提高电源功率密度;2、多路输出的模块更方便提升电源的散热性能;3、多路输出模块利于实现通道间智能化配置;4、多路输出模块有更好的EMI性能。MPS最新推出的双路输出系列的电源模块。一个超高功率密度的MPM54522 和 54322 家族。这两颗产品,它的输入电压范围都是从2.85V 到16V,输出电压范围是从 0.4V 到 3.8V。它的输出电流呢,稍微大一点的MPM54522可以支持双路分别输出 6A,并联可实现 12A 的输出。然后小一点MPM54322,它可以支持双路 3A 输出,并联可以实现6A 输出。然后这一颗如果它的输入电压轨能够降低到3.3V,它的发热会更低,就能够支持到双路分别输出5A,单路并联起来可以输出10A。针对客户的一些要求,这两颗芯片还可以提供可选的LDO 的功能。这两个芯片都能够支持双路分别进行远端采样,来实现这个更高精度的电压控制。在并联的时候,能支持双相自动交错并联,来提高这个纹波频率,来减小纹波幅值目的。在加强型就是内部增加散热器的这种思路下,MPS推出了一个集成散热器的MPM82504E,它的主要的一个优点是可以支持四路25A 输出,同时它也能够集成I2C的这个数字接口。同时这个模块它也支持多相并联。它输出的一个配置模式是非常灵活的,可以支持四路 25A 输出,也可以两两并联输出50A,也可以3路并联输出75A,甚至4路并联输出100A。在一些需要更大电流的应用场景,我们拿两颗82504 并联在一起,可以做到6路并联、7路并联或者8路并联等等。我们最大可以通过8颗82504并联扩展至这个800A 的一个负载能力。AI应用和5G边缘服务器对电源要求有什么不同?涂瑞对电子发烧友记者表示,最大的不同是,服务器供电以及AI计算单元的供电,电流非常大,功耗功率会更大,那针对于这一点它的要求就会显而易见,要求效率更好、功耗更低。二、对于PCIe这些AI的供电,它还对数字部分的功能有一个比较要严格的要求。电源开发方面就需要对一些接口协议进行更多的关注,半导体公司需要不断地随着这个协议去更新数字接口,还有相应的升级一些数字功能。但是现在普遍厂商的开发周期比较短,针对于这一类应用,电源芯片的开发周期要求越来越短,所以对于这一款应用,需要半导体厂家有一定的前瞻性,还更需要积极主动地去参与到这些协议的制定和讨论里边去,才能满足客户的实际的产品交付周期。针对这个领域的需求,专门针对PCIe卡和AI加速卡应用,MPS推出了MPM3695-100、MPM82504,还有我们的MPM54524这一系列模块,都是针对于这些应用领域,出货量前景看好。声明:本文由电子发烧友原创,转载请注明以上来源。如需入群交流,请添加微信elecfans999,投稿爆料采访需求,请发邮箱huangjingjing@elecfans.com。
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原文标题:抓住5G通信、AI和服务器电源市场增长机会, MPS新款产品到底有哪些杀手锏?
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