2022年半导体行业报告：多相电源，高性能计算供电解决方案
报告出品/作者：浙商证券、蒋高振、赵洪
以下为报告原文节选
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1多相电源：高性能计算供电解决方案多相电源属于模拟电源管理类芯片中的DC-DC转换器。DC-DC转换器的主要作用是将外部直流输入电压，转换成芯片、电子产品执行装置中适用电平的直流工作电压，并实现稳定供电、保障电子产品的平稳运行。由于不同的芯片所需用到的工作电压不尽相同，系统中往往需要使用多个DC-DC芯片产生不同的电压等级供不同工作电压需求的芯片使用。
DC-DC转换器一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。按照架构分为降压转换器（Buck）、升压转换器（Boost）、升降压转换器（Buck-Boost）。调制方式包含PWM（Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制）和PFM（Pulse Frequency Modulation：脉冲频率调制）。
DC-DC 芯片产品应用领域广泛。DC-DC芯片覆盖汽车电子、通讯电子、计算和存储、工业应用、消费电子等众多应用场景，具体细分市场包括通讯和服务器、笔记本电脑、安防、电视机、STB/OTT 盒子、光调制解调器、路由器等。
多相电源为多相控制器及DrMOS的组合，可以为高性能计算提供供电方案。多相电源是DC-DC在低压大功率领域应用的一类产品。相较于普通的DC-DC转换器，该方案通过多相控制器和DrMOS的组合使用，将多个降压电路的输出并联使用，从而输出数百安培到数千安培的电流，并且在同等功率下拥有更高的效率和更低的散热，为高性能计算应用提供供电解决方案。
1.1DrMOS：高集成度MOS开关
DrMOS是一种合封芯片。DrMOS来源于英特尔在2004 年给出的一个定义：Driver + MOSFET。即集成两个MOSFET和一个MOSFET驱动器在一个封装中。传统的供电设计，是将上行MOS管、下行MOS管和驱动IC单独放置。这样的设计不仅浪费PCB面积，同时会影响到电流的转换效率。
DrMOS通过集成整合，将MOS管和驱动IC整合在一起。这样做不仅能够增加转换效率、减少电磁干扰，同时还能够有效降低MOS管的发热量，这种三合一封装的DrMOS面积是分离MOSFET的1/4，功率密度是分离MOSFET的3倍，单片DrMOS器件使电源系统能够大幅提高功率密度、效率和热性能，进而增强最终应用的整体性能，拥有节能、低温等特色。通过搭配多相控制器使用，可以在相同电压下增大电流，满足低压大功率应用需求。
1.2多相控制器：多相电源“大脑”
DC-DC控制器是DC-DC转换器的组成部分，通过控制DC-DC转换器中三极管的通断时长控制输出电压。多相控制器为数模混合器件，对设计要求较高。多相控制器可用于实现多相拓扑结构的DC-DC转换器，相比于传统的单相拓扑，多相控制器可以挂载两个或更多的转换器单元（DrMOS），并且这些转换器单元相互同步但以不同和锁定的相位运行。这种方法降低了输入纹波电流、输出纹波电压以及总的RFI（射频干扰）特征值，同时提供了单个大电流输出或具完全稳定输出电压的多个较低电流输出。
1.3多相电源：多相控制器+DrMOS系统
大数据，云计算，人工智能概念的兴起，通信基站，数据中心等基建设施及汽车电动智能化催生出的自动驾驶等终端应用都需要耗电更大的CPU，GPU及ASIC来支持更为强劲的算力需求。这对供电电压调节器模块(VRM/Vcore) 和负载点电源(PoL) 提出了严峻挑战，包括：更高的效率、更高的功率密度，同时满足处理器di/dt>1000A/us瞬态响应要求。
多相电源包含控制器和DrMOS，是一种多路交错并联的同步Buck拓扑，被公认为是此类应用场景的最佳解决方案。目前，多相控制器+DrMOS方案主要用于向SoC、CPU、GPU等芯片提供电源转换解决方案，广泛应用于数据中心、智能驾驶、通信等领域。
可大幅提升功率：通过多相控制器和DrMOS模块的组合使用，将多个降压电路的输出并联使用，从而输出数百安培到数千安培的电流；
降低散热，优化能耗：后级电路使用更小体积和更高功率密度的DrMOS，从而造就效率较高的转换器，在同等功率下有效降低系统发热量；
提升性能：相较于传统拓扑结构的DC-DC转换器，可有效降低输入纹波电流、输出纹波电压以及总的RFI （射频干扰）特征值；
简化电源设计：通过集成模块化的方式，多相转换器有助于最大限度地减少外部组件数目，进而简化电源设计及制造过程。
2产业趋势：算力提升加速行业需求
大数据，云计算，人工智能概念的兴起，通信基站，数据中心等基建设施及汽车电动智能化催生出的自动驾驶等终端应用都需要耗电更大的CPU，GPU及ASIC来支持更为强劲的算力需求，同时也对多相电源提出了更多需求。
2.1数据中心：算力提升带动多相电源需求
数据中心规模迅速扩张。新基建、“互联网+”、大数据、数字经济等国家各项战略的实施，以及5G、云计算、移动互联网、物联网、大数据、人工智能等信息科技快速发展的驱动，我国数据中心和相关服务业业务收入保持连续增长的趋势。海量数据流量带动数据中心需求高速增长，网络视频、电子商务业务呈现繁荣景象，同时受疫情影响，远程教育、远程办公、科技防疫的兴起带来流量爆发，我国数据中心市场收入节节攀升，2021 年总市场收入已达到1500 亿元。
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