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編者按

相較于普通服務(wù)器，AI服務(wù)器在硬件架構(gòu)、計(jì)算能力、存儲(chǔ)效能以及散熱機(jī)制上均實(shí)現(xiàn)了深度革新與優(yōu)化，其強(qiáng)大的并行處理能力不僅彰顯了技術(shù)上的飛躍，更完美契合了AI算法在處理海量數(shù)據(jù)與高復(fù)雜度計(jì)算任務(wù)時(shí)的嚴(yán)苛需求。

隨著服務(wù)器性能的提升與能耗需求的增加，將具體如何影響AI服務(wù)器電源的發(fā)展？從而又會(huì)給電感變壓器帶來(lái)哪些新的電源技術(shù)挑戰(zhàn)？

本期《對(duì)話》欄目，我們特別邀請(qǐng)了來(lái)自高校的研究學(xué)者、AI服務(wù)器電源領(lǐng)軍企業(yè)代表、電感變壓器企業(yè)資深專家與磁性材料技術(shù)中的先鋒企業(yè)，共同探討電源設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)及其對(duì)電感變壓器等關(guān)鍵組件帶來(lái)的電源技術(shù)挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

對(duì)話導(dǎo)覽

1.隨著AI技術(shù)的普及，服務(wù)器電源面臨帶來(lái)哪些新的電源技術(shù)挑戰(zhàn)？

2.AI服務(wù)器電源新的電源技術(shù)要求，會(huì)對(duì)電感變壓器產(chǎn)生怎樣的影響？

3.電源技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)間應(yīng)如何合作，推動(dòng)磁元件在AI服務(wù)器電源中的應(yīng)用？

隨著AI技術(shù)的普及，服務(wù)器電源面臨哪些主要的電源技術(shù)挑戰(zhàn)？

臺(tái)達(dá)電子楊海軍：這個(gè)電源技術(shù)挑戰(zhàn)主要分為兩塊。一是前級(jí)電路中，從電網(wǎng)轉(zhuǎn)到54V或12V的過(guò)程，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，AI服務(wù)器電源通常需要接近兩倍的過(guò)載能力，這對(duì)電感變壓器的電源設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

由于AI服務(wù)器電源在輕載或空載狀態(tài)下的時(shí)間較多，因此更追求電源設(shè)計(jì)在這個(gè)范圍內(nèi)的最低損耗。同時(shí)，它也需要具備在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)時(shí)的高載能力。

這要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)電感變壓器電源時(shí)，不僅要考慮電源正常載荷下的性能，還要預(yù)留足夠的電源超載能力。

二是在后級(jí)電路中，從12V或更低電壓轉(zhuǎn)換到AI服務(wù)器GPU實(shí)際使用的0.8V或0.65V，這里需要處理的是低壓大電流的情況，電流可能高達(dá)1000A甚至4000A。

因此，電感變壓器需要實(shí)現(xiàn)小體積但能承受大電流，同時(shí)保持電源低損耗和熱穩(wěn)定性，這是真正的瓶頸所在。

由于電流非常大，使得引線或焊接點(diǎn)上的損耗也很大，達(dá)到幾十瓦。這要求電感變壓器與電源進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，減少引線和焊接點(diǎn)的數(shù)量，并盡量縮短引線長(zhǎng)度。

這對(duì)我們的工藝要求以及電源板的整合都提出了非常高的要求，直接影響了電源設(shè)計(jì)和制造成本。

楊玉崗教授：現(xiàn)在AI服務(wù)器電源要求其效率達(dá)到97%甚至是98%，而電感變壓器在當(dāng)中的損耗占比很大，所以我們需要從磁性材料和線圈方面入手，減少損耗，同時(shí)減小體積。

麥格米特段文輝：AI服務(wù)器電源在本質(zhì)上其實(shí)與其他數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源的概念差異不大，但主要區(qū)別在于其對(duì)高功能密度和高效率有著更高的要求。這也是我們電源設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮的方向。

由于會(huì)在電源的前端濾波、PFC（功率因數(shù)校正）等環(huán)節(jié)使用不同類型的電感變壓器來(lái)確保電源的穩(wěn)定性和效率，AI服務(wù)器電源中所用到的電感變壓器數(shù)量也會(huì)有所增加。

威海東興張洪偉：近年來(lái)電源領(lǐng)域?qū)π⌒突?、高頻化及高功能密度的需求日益增長(zhǎng)，AI服務(wù)器電源也是如此。

微碩譚福清：AI服務(wù)器電源對(duì)于磁性材料的特殊要求在于其溫度特性的要求不一樣。由于AI服務(wù)器電源多數(shù)情況處于空載或輕載狀態(tài)，電源在這種狀態(tài)下，工作溫度較低，這就要求其在常溫到60℃這個(gè)溫度范圍內(nèi)做到損耗較低。

具體而言，汽車電子產(chǎn)品和充電樁要求材料的最佳損耗溫度在140℃到160℃。而AI服務(wù)器則要求在常溫到60℃這個(gè)比較低的溫度下有最佳電源損耗。難點(diǎn)在于，如何在這個(gè)范圍內(nèi)，做到更高的效率。

為了滿足AI服務(wù)器電源的高要求，電感變壓器能在研發(fā)上做哪些創(chuàng)新？

楊玉崗教授：面對(duì)AI服務(wù)前電源大幅度的電壓變化，傳統(tǒng)變壓器或平面變壓器需要設(shè)計(jì)大量的匝數(shù)，這不僅增加了PCB布線的復(fù)雜性，還帶來(lái)了諸如繞組散熱不均、電源損耗增加等一系列問(wèn)題。

為解決電源設(shè)計(jì)這一難題，我們提出了高電壓低繞組匝比變壓器的電源設(shè)計(jì)理念，旨在通過(guò)優(yōu)化繞組結(jié)構(gòu)和材料應(yīng)用，達(dá)到在減少匝數(shù)的同時(shí)保持或提升電源變換效率的目標(biāo)。

此外，扁平立繞線圈作為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的流行趨勢(shì)，雖然有助于進(jìn)一步節(jié)省空間和提高集成度，但其固有的電流分布不均勻問(wèn)題卻不容忽視。

針對(duì)電源設(shè)計(jì)這一問(wèn)題，楔形立繞線圈可通過(guò)精心設(shè)計(jì)的線圈形狀，有效改善電流分布的均勻性，從而降低局部過(guò)熱和能耗損失的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，我們也在不斷探索提升銅材利用率、減小銅材阻抗的方法。這不僅關(guān)乎于材料的優(yōu)選與加工技術(shù)的革新，更涉及到對(duì)整個(gè)電路設(shè)計(jì)的深入理解與優(yōu)化。通過(guò)這些努力，我們旨在實(shí)現(xiàn)電感變壓器在小型化、高效化方面的雙重突破。

臺(tái)達(dá)電子楊海軍：目前在AI服務(wù)器電源中，我們已經(jīng)應(yīng)用了磁集成的設(shè)計(jì)方案。這是因?yàn)樵诖箅娏鞯那闆r下，將電感變壓器與電源分開(kāi)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致焊接點(diǎn)損耗巨大，無(wú)法滿足電源應(yīng)用效率和客戶需求。

臺(tái)達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于電源和電感變壓器可以整合在一起，雙方合作實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的布局。在AI服務(wù)器電源項(xiàng)目中，我們通常會(huì)用到12組或24組的電路和相應(yīng)數(shù)量的電感。

為了提高電源效率，我們采用垂直供電的方式，這有助于減少焊點(diǎn)和引線的損耗。這種設(shè)計(jì)使得電源和電感變壓器的整合更加緊密，從而提高了整體電源應(yīng)用效率。

麥格米特段文輝：高功能密度主要涉及到電感變壓器的實(shí)體設(shè)計(jì)和制造工藝。我們一直在探索如何通過(guò)優(yōu)化電源設(shè)計(jì)和提升制造工藝來(lái)提高電感變壓器的電源功率密度，從而滿足AI服務(wù)器電源的高性能需求。

電源高頻化也意味著更高的電源損耗和更復(fù)雜的電磁兼容性問(wèn)題。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電感變壓器時(shí)需要更加注重材料的選擇、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及與其他半導(dǎo)體器件的協(xié)同工作，以確保整個(gè)電源系統(tǒng)的高性能和穩(wěn)定性。

郡嘉電子龔長(zhǎng)鴻：AI服務(wù)器電源更多會(huì)用到平板變壓器，我們也會(huì)通過(guò)磁集成技術(shù)來(lái)提升產(chǎn)品性能。因?yàn)锳I服務(wù)器電源追求效率，我們還聯(lián)合了新康達(dá)和鉑科，對(duì)磁性材料進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

威海東興張洪偉：現(xiàn)在電感變壓器的設(shè)計(jì)方案越來(lái)越靈活多樣。如客戶強(qiáng)調(diào)控制體積，在空間有限的情況下，我們能通過(guò)磁集成設(shè)計(jì)的方案提高空間利用率，減少體積；

而在高壓或者高頻的環(huán)境下，我們也可以采用磁芯陣列化的方式減小電源分布電容，有效降低每個(gè)變壓器的電源安規(guī)指標(biāo)。

圖源包圖網(wǎng)

這些電源設(shè)計(jì)創(chuàng)新成果在提升產(chǎn)品性能、降低成本方面取得了哪些顯著成效？

郡嘉電子龔長(zhǎng)鴻：之前有客戶使用的是無(wú)橋PFC和GaN方案，不僅成本較高且效率有限，郡嘉通過(guò)改用主動(dòng)PFC，利用磁集成技術(shù)改變電感變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等創(chuàng)新手段，將電源效率從最初的93%成功提升至99%！

同時(shí)，由于減少了氮化鎵材料的使用，電感變壓器產(chǎn)品成本大幅下降。據(jù)客戶反饋，我們的電源設(shè)計(jì)方案最高效率達(dá)到99%，達(dá)到了無(wú)橋SiC和GaN的效率。

威海東興張洪偉：第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用，使得電感變壓器傳統(tǒng)分離式設(shè)計(jì)已難以滿足客戶需求，我們轉(zhuǎn)而采用高度定制化的磁性材料與骨架設(shè)計(jì)，以最大化產(chǎn)品利用率并節(jié)約空間。

在電源設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們利用數(shù)模仿真技術(shù)確保方案的精確性，減少后期調(diào)整成本，實(shí)現(xiàn)電源產(chǎn)品性能與成本的雙重優(yōu)化。

在電源產(chǎn)品創(chuàng)新的過(guò)程中，是否會(huì)對(duì)磁性材料、線材、設(shè)備等提出新要求？

麥格米特段文輝：隨著AI服務(wù)器電源對(duì)性能要求的提高，我們對(duì)電感變壓器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)備也提出了更高的要求。比如，我們需要更先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備來(lái)確保電感變壓器的精度和一致性；

同時(shí)，我們也需要更可靠的電源測(cè)試設(shè)備來(lái)驗(yàn)證電感變壓器的性能指標(biāo)。此外，由于電感變壓器的定制化程度較高，因此我們?cè)陔娫丛O(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中還需要更加注重與客戶的溝通和協(xié)作。

郡嘉電子龔長(zhǎng)鴻：隨著終端產(chǎn)品頻率的提高，磁芯和線材的損耗也會(huì)增加，這對(duì)我們電感變壓器企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的技術(shù)挑戰(zhàn)。為了解決電源設(shè)計(jì)這個(gè)問(wèn)題，我們會(huì)和電源供應(yīng)商合作，共同尋求降電源損耗的方法。

在線材方面，我們對(duì)體積和尺寸控制的比較嚴(yán)格。為了應(yīng)對(duì)頻率提升帶來(lái)的趨膚效應(yīng)，電感變壓器企業(yè)需要采用更細(xì)的線材，并需要滿足一定的尺寸。

威海東興張洪偉：在電源技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中，我們與上游電源供應(yīng)商緊密合作，推動(dòng)磁性材料、線材及設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。磁性材料近年來(lái)本身的性能提升有限，主要還是通過(guò)電感變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品。

另一方面，多股線雖然能解決損耗問(wèn)題，但其空間利用率很低，我們也在推動(dòng)線材廠商推出超薄化扁平線，提升寬厚比，來(lái)提高磁性元件產(chǎn)品的空間利用率，擺脫傳統(tǒng)多股線的方式。但這又會(huì)對(duì)繞線技術(shù)提出更高的技術(shù)要求。

可以說(shuō)近年來(lái)磁性材料、線材與設(shè)備的發(fā)展都是這樣互相拉鋸中推動(dòng)發(fā)展的。

與AI服務(wù)器電源企業(yè)之間的合作模式是怎樣的？如何推動(dòng)電源技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的合作？

臺(tái)達(dá)電子楊海軍：在合作模式上，我們注重與電源廠商和電感變壓器廠商的緊密合作。我們需要清楚地了解電源應(yīng)用環(huán)境中的最惡劣條件，并據(jù)此指導(dǎo)電感變壓器的電源設(shè)計(jì)。

同時(shí)，我們也需要與電源廠商溝通清楚效率、熱管理等方面的要求，以實(shí)現(xiàn)整體的電源設(shè)計(jì)優(yōu)化。

威海東興張洪偉：電源工程師設(shè)計(jì)的方案中，電感變壓器選的基本是標(biāo)準(zhǔn)品，但這樣電源設(shè)計(jì)下來(lái)，尺寸往往不能夠符合他們的需求。所以我們會(huì)在客戶立項(xiàng)的時(shí)候，就參與到電源設(shè)計(jì)中去。

實(shí)際上，電感變壓器廠商的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，能有效提升我們電感變壓器企業(yè)的話語(yǔ)權(quán)。

楊玉崗教授：電源企業(yè)的產(chǎn)品不斷發(fā)展變化對(duì)電源體積、成本和厚度等方面都有嚴(yán)格要求。因此他們也會(huì)關(guān)注新的電源設(shè)計(jì)方案并考慮是否采用。

如果原有的電源設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿足要求那么他們自然會(huì)考慮采用新的電源設(shè)計(jì)方案。磁元件企業(yè)需要積極推廣新電源技術(shù)和新電源產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)需求。

圖源包圖網(wǎng)

如何看待AI服務(wù)器電源與電感變壓器/磁性材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)？

楊玉崗教授：對(duì)于電感變壓器來(lái)說(shuō)，需要綜合考慮線圈、絕緣材料、結(jié)構(gòu)工藝等多方面因素進(jìn)行優(yōu)化電源設(shè)計(jì)。未來(lái)的電源發(fā)展趨勢(shì)是追求體積最小、成本最低或損耗最低等綜合最優(yōu)指標(biāo)。這對(duì)我們來(lái)說(shuō)既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。

麥格米特段文輝：AI技術(shù)的普及無(wú)疑將帶動(dòng)服務(wù)器電源需求的快速增長(zhǎng)。這將對(duì)磁元件技術(shù)提出更高的要求，包括更高的電源功率密度、更高的電源效率、更小的電源體積以及更低的電源設(shè)計(jì)成本等。

威海東興張洪偉：對(duì)于電感變壓器企業(yè)而言，考慮到性價(jià)比跟成本，未來(lái)將朝著標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化生產(chǎn)的方向發(fā)展。通過(guò)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與自動(dòng)化生產(chǎn)，我們可以進(jìn)一步降低成本、提高產(chǎn)品一致性與質(zhì)量。

同時(shí)，隨著第三代半導(dǎo)體的廣泛應(yīng)用，高頻化趨勢(shì)將進(jìn)一步推動(dòng)電感變壓器的小型化與集成化發(fā)展。這將為我們帶來(lái)更多的市場(chǎng)機(jī)遇與挑戰(zhàn)，也將促使我們不斷創(chuàng)新、追求卓越。

微碩譚福清：主變壓器目前使用鐵氧體材料較多，97材料是目前最好的，只是目前能做的企業(yè)不多，但這是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

臺(tái)達(dá)電子楊海軍：未來(lái)AI服務(wù)器電源將朝著更大功率、更低電壓的方向發(fā)展。前級(jí)電源將需要承受更大的功率，而后級(jí)電源則需要處理更低的電壓和更大的電流。這將對(duì)電感變壓器的設(shè)計(jì)和制造提出更高的要求。

同時(shí)，我們也期待看到更多電源設(shè)計(jì)創(chuàng)新的合作模式和電源技術(shù)方案的出現(xiàn)，以應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

結(jié)語(yǔ)

隨著AI技術(shù)的蓬勃發(fā)展，AI服務(wù)器電源正經(jīng)歷著前所未有的變革，這不僅為電源技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)帶來(lái)了電源設(shè)計(jì)技術(shù)挑戰(zhàn)，更孕育了無(wú)限的發(fā)展機(jī)遇。

由于AI服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景的特殊性，要求電感變壓器在前級(jí)電路中必須具備高過(guò)載能力，并在后級(jí)電路中，需要處理低壓大電流的情況。這就要求電感變壓器不僅要預(yù)留足夠的超載能力，還要在承受大電流的同時(shí)保持低損耗和熱穩(wěn)定性。

面對(duì)這些挑戰(zhàn)，電感變壓器企業(yè)紛紛采取創(chuàng)新措施，如扁平立繞線圈的優(yōu)化、磁集成技術(shù)的應(yīng)用以及高頻化、小型化的探索等，旨在提升電源產(chǎn)品性能、降低電源設(shè)計(jì)成本并滿足市場(chǎng)需求，這進(jìn)而又對(duì)磁性材料、線材、設(shè)備等提出了新的需求。

未來(lái)，隨著AI技術(shù)的進(jìn)一步普及和服務(wù)器電源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，電感變壓器企業(yè)將繼續(xù)面臨更多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)并抓住機(jī)遇，企業(yè)需加強(qiáng)與電源技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作，共同推動(dòng)電源技術(shù)創(chuàng)新與電源產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

同時(shí)，注重磁性材料、線材、設(shè)備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展，也是實(shí)現(xiàn)電感變壓器技術(shù)突破的重要途徑。

我們相信，在不久的將來(lái)，電感變壓器技術(shù)將實(shí)現(xiàn)更加輝煌的發(fā)展，為AI服務(wù)器電源市場(chǎng)的繁榮貢獻(xiàn)更多力量。