最近,AI供应链方面传来巨变的消息,天风证券分析师郭明錤发文称,英飞凌与德州仪器(TI)已成为英伟达GB200服务器的新供应商,两大企业将提供电压调节器组件,而该组件此前是由MPS独家供应,现在供应商名单得以扩充。
今年以来,英飞凌与TI发布新品与技术的频次都很快,电源器件有很大比重,除了消费、汽车、工业等传统领域,针对AI服务器的方案也越来越多,这一点英飞凌体现得更多。
还能注意到,不光是硅器件更新换代,第三代化合物SiC与GaN的新器件也越来越多。AI服务器的功率密度提升,必定要通过两类宽带隙半导体得以实现。两大原厂进入英伟达供应链,必然有这方面的原因。
英飞凌:完备路线图规划,三大材料组合运用
作为电源与功率器件大厂,英飞凌在今年5月公布了AI数据中心高效电源器件产品路线图。通过实现更高的电源装置(PSU)性能等级,英飞凌可帮助云数据中心和AI服务器运营商降低系统冷却能耗,从而实现减排并降低运营成本。
除了已推出的输出功率为3kW和3.3kW的PSU外,全新8kW和12kW的装置也将在不久的将来进一步提高AI数据中心的能效。8kW PSU支持最高输出功率达300kW或以上的AI机架,功率密度将提升至100W/in³(每英寸立方瓦),与当前3kW PSU的32W/in³相比,有大幅提升。更高的功率密度,可节约系统体积并降低运营商的能源成本。
能实现这一提升,关键在于Si、SiC和GaN半导体的组合运用。从路线图中可见,3.3kw及之后的PSU都采用三种材料集成的方案。CoolSiC、CoolGaN、CoolMOS、OptiMOS等三种材料、多个系列的功率MOSFET的联合使用,将使模块的基准效率达到97.5%,功率密度达到95W/in³。英飞凌在SiC与GaN领域的先手布局,是如今一系列先进产品线的基础。
英飞凌PSU产品路线图 来源:Infineon
英飞凌在2023年收购了加拿大的GaN Systems公司,这一交易让英飞凌迅速填补在GaN市场的影响力。英飞凌还在今年9月推出全球首项300毫米(8英寸)GaN技术,晶圆成品将在11月份展出,标志着GaN器件的增产和降本也已是箭在弦上,而这正是英飞凌远期PSU大范围应用GaN的基础。
SiC领域,英飞凌因当初未能收购Wolfspeed,而不具备自有的SiC晶圆产能。今年英飞凌则是进一步巩固了与后者的合作关系,在1月与Wolfspeed展期并扩展了多年期的150毫米(6英寸)供应协议,以支持未来产品线的发展。此外,英飞凌早在2018年就收购了Siltectra公司,获得其独特的冷切割(Cold Split)技术,该切割技术能够大幅提高SiC材料的利用率,有助于生产的规模效益,同时也在一定程度上弥补了晶圆材料无法自给的缺憾。
在产业链上游的整合,让英飞凌拥有强大的基础支撑,从而在今年大范围推出并更新功率MOSFET产品,并使用旗下优质产品打造模组以供下游应用。
SiC器件方面,英飞凌今年主要更新了CoolSiC MOSFET G2的650V和1200V产品,以及CoolSiC MOSFET 系列的400V产品;GaN器件方面,英飞凌主要更新了CoolGaN 700V G4系列功率晶体管;硅器件方面则在600V CoolMOS 8系列以及OptiMOS 6系列的135V和150V产品有更新。
上述三大材料器件的不断更新,将极大帮助AI服务器功率密度提升,在机架尺寸有限的情况下,支持算力更强的GPU核心。英飞凌所做的努力,在于将SiC、GaN等宽带隙半导体从汽车引向AI服务器,特别是这些器件所能提供的高工作电压,也已经是AI服务器提升能效的“刚需”。凭借出色的技术指标和强大的产品整合能力,英飞凌得以跻身英伟达供应链,无疑是自身实力的证明。
TI:GaN器件与新封装前瞻意义重大
作为模拟第一大厂,TI在电源领域具有传统优势,在电源管理、数字隔离、线性稳压和电压转换等多个领域,都有广泛且优质的产品线。进入AI时代, TI也顺应潮流,运用各种新技术,致力于提升系统整体的功率密度。
在化合物半导体领域,TI的布局重点是GaN。通过长期的试验和积累,TI在2018年推出了600V的FET器件,成为GaN器件应用的重要推动者。今年3月,德州仪器表示要将GaN器件的生产从6英寸晶圆转换为8英寸,以提升规模效率。该举措与TI在硅器件大规模引入12英寸产线对应,必然将会推动GaN器件的价格降低,并提升应用普及度。
今年6月,TI推出业界首款GaN电源集成模块(IPM)DRV7308,适用于150W至250W的电机驱动应用。该模块可实现99%的驱动器效率,并改善系统散热,同时尺寸也可缩小55%。随着氮化镓的SWaP-C(尺寸、重量和功率)指标均超过IGBT和MOSFET,且逐步被业界所认可。正如当年MOSFET替代双极晶体管一样,TI的氮化镓IPM正准备在电机市场掀起一波替代潮流。
顺应小型化潮流,TI在模块封装方面也推出独特技术。TI在7月公布了自家MagPack封装技术,可缩小电源模块多达50%的尺寸,在保持同样的散热性能的前提条件下,电源模块的功率密度增加一倍。与前代产品相比,业界超小型 6A 电源模块可将电磁干扰(EMI)辐射降低8dB,同时将效率提升高达2%。先期推出的六款MagPack模块中,有三款是业界最小的6A电源模块,可以提供每平方毫米1A的电流输出能力。
MagPack封装体积示意 来源:TI
在日益复杂的电路环境中,如何在提高功率密度的同时降低EMI干扰,是至关重要的问题。特别是在AI服务器的内部环境中,为确保高算力,势必会提升电源系统的设计难度。TI给出的轻量化方案,对未来颇具前瞻意义,能够大幅降低电源系统设计的难度和成本,加快方案上市,而这也正是TI跻身英伟达供应链的重要原因。
需求激发起新的竞争
从英伟达的Blackwell与AMD最新发布的MI325X芯片来看,算力的提升必然带来热设计功率的提升,未来AI服务器对优质电源方案的需求只增不减。英飞凌与TI得以跻身英伟达供应链,与两家大厂在电源与功率器件领域的传统优势密切相关,同时也跟其SiC、GaN的出色产品整合与供应能力密不可分。
由此可见,结合了硅器件与第三代宽带隙半导体的新形式竞争已经展开,在这一市场除了英飞凌与TI之外,ST、安森美、瑞萨、罗姆等也都有强大的竞争力。未来电源市场的竞争将不局限于传统领域,服务器市场的竞争会同等激烈,相应的机会也会在这一领域频频涌现。