電子發燒友網報道（文/黃晶晶）隨著AI技術發展，AI 服務器耗電量呈爆發式增長。據行業權威機構預測，到2030年AI應用將消耗約1000TWh電力，占全球發電量的10%。AI訓練耗電量是網絡搜索的10倍以上。

AI服務器GPU性能增長的同時功率持續飆升。以英偉達為例，其GPU的TDP熱設計功耗從H100的700W，攀升至B300的1.4KW，明年VR200將達1.8KW，2027 年更計劃推出3.6KW GPU產品，同時英偉達GPU迭代速度也從兩年縮短至一年。GPU高功率給48-54V低電壓系統帶來嚴峻挑戰。



AI服務器電源的高壓趨勢

羅姆半導體（上海）有限公司深圳分公司技術中心總經理水原徳健在日前的媒體溝通會上表示，我們知道電壓恒定則電流激增，這不僅加劇損耗與發熱，1MW AI服務器需消耗 4-5 噸銅線，推高成本與空間壓力，而且低電壓電源框架的功率上限僅100KW，服務器全生命周期60%-65% 的成本來自電力消耗。電力消耗和運營成本的上升已成為行業核心痛點。AI服務器電源架構轉向高壓已成為行業共識。

當前主流高壓方案包括微軟、谷歌等科技巨頭牽頭的±400V系統，以及英偉達800V系統。美國由于AI用量是中國的兩倍而發電量僅為一半，因此迫切需要800V系統。中國正同步研發兩類方案，或先過渡到400V，未來將邁向1500V系統，以順應高壓趨勢。

800V高壓系統相比54V系統，可支持1MW供電，端到端效率提升5%，銅材用量減少30%，熱損耗降低25%。這種架構使數據中心能夠實現從100kW到1MW以上的機架部署，為未來AI算力需求預留充足擴展空間。

羅姆800VDC電源方案

在AI服務器的高壓趨勢下，服務器將轉變為電源側架和服務器機架并存的新架構，電源側架（Power source）注重配電和AC/DC轉換的效率提升，服務器機架（IT rack）注重功率密度，以確保滿足AI處理及冷卻系統的空間需求。


羅姆是全球屈指可數的同時擁有SiC/GaN元器件及驅動控制模擬技術的日本半導體制造商，提供從電源側的AC/DC、DC/DC轉換，到IT機架的隔離型三相LLC拓撲解決方案等，羅姆的強項正是"功率電子+模擬技術"的完美結合。

在AI服務器電源領域，羅姆的碳化硅、氮化鎵等產品已與行業頭部企業展開合作。例如，羅姆的EcoSiC?碳化硅產品被村田制作所Murata Power Solutions的AI服務器電源采用，科索3.5kW輸出AC-DC電源單元"HFA/HCA系列"也采用羅姆的EcoSiC?。羅姆EcoGaN?功率器件被臺達電子Innergie品牌的45W輸出AC適配器"C4 Duo"采用，雙方已建立電源系統用功率元器件戰略合作關系。

羅姆提供適用800VDC 20～30kW級電源單元的解決方案。針對理想的功率轉換拓撲，提供充分發揮SiC/GaN/Si各自特點的功率解決方案。實現高效率，各電源模塊效率達99%以上，以及高功率密度，現行PSU標準為100W/in3，而采用GaN產品的服務器機架電源可達到246W/in3。



在電源側架（Power Source）設計上，羅姆采用Vienna整流電路與三相LLC拓撲的組合。在IT機架電源系統設計上，采用三相隔離型LLC拓撲，800VDC轉換為50V（IBV）的隔離型DC-DC轉換器。一次側可采用SiC，二次側采用SiC或Si器件。針對高功率密度一次側可采用GaN，二次側采用Si。



水原徳健表示，搭載高功率密度GaN產品的級聯隔離型LLC，通過將開關頻率提升至500kHz，實現變壓器等外圍元器件的小型化，通過級聯結構分擔一次側和變壓器的電流，可提高效率。

據介紹，羅姆第5代SiC產品通過業界超低RonA、擴展柵極偏置電壓，助力實現更高效率。其高溫條件下RonA（導通電阻）降低30%，支持AI服務器在高溫環境及高負載工況下的低損耗運行；負柵極電壓偏置額定值（Vgsn）范圍擴大，可支持-5V關斷驅動電壓（直流額定值-7V）。與第4代產品相比，第5代SiC的總損耗減少約30%，在功耗控制上形成顯著優勢。根據規劃，羅姆第6代SiC產品計劃用時兩年迭代，而未來為了順應GPU廠商一年一迭代的周期，羅姆也將加快迭代步伐。



羅姆還構建了行業標準封裝產品群，通過與英飛凌合作實現通用設計和穩定供應，并提升表面散熱和模塊性能。羅姆將采用英飛凌創新的 SiC頂部散熱平臺，英飛凌將采用羅姆的半橋結構 SiC 模“DOT-247”，并開發兼容封裝。羅姆原創的先進DOT-247 封裝相比傳統分立器件封裝，可實現更高功率密度與設計自由度。其采用將兩個 TO-247 封裝連接的獨特結構，較 TO-247 封裝降低約 15%的熱阻和 50%的電感。憑借這些特性，該封裝的功率密度達到 TO-247 封裝的 2.3倍。



熱插拔

熱插拔功能對保持AI 服務器的穩定性、連續性至關重要。熱插拔允許在服務器不停機、算力不中斷的前提下進行系統更換或升級，而插拔操作帶來的浪涌電流可能對元器件造成瞬時沖擊。



針對此痛點，羅姆提供專業級熱插拔控制器（HSC，Hot Swap Controller）解決方案，可以在不關閉服務器的情況下更換故障模塊或升級硬件配置。其核心產品RY7P250BM和RS7P200BM采用Nch MOSFET技術，具有寬SOA（安全工作區）范圍和低導通電阻特點，確保了熱插拔過程中的穩定性和可靠性。水原 徳健表示，100V耐壓的功率MOSFET，非常適用于48V熱插拔電路。RY7P250BM已被全球知名主流云平臺企業認證為推薦器件。



小結：

羅姆可以提供的產品不僅包括以高功率效率和高功率密度助力降低功耗的SiC、GaN產品，還包括適用于HSC的Si MOSFET、隔離型柵極驅動器和電源IC等外圍元器件，可滿足最新AI服務器的多樣化需求。羅姆正在以功率元器件、模擬技術助力滿足AI服務器的高電壓與節能化發展趨勢。