为5G通讯和AI计算提供澎湃动力 MPS电源设计创新之路揭秘

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7月3日，2020慕尼黑上海电子展盛大开幕，作为慕尼黑展唯一的视频直播合作方，<电子发烧友>在展会期间，通过现场直播方式采访了5G领域内众多企业，就相关的行业、技术、市场和产品等话题进行了广泛的交流。

作为全球高性能模拟半导体领域的领导厂商之一，美国芯源系统有限公司（MPS）表示，BiCMOS / DMOS电源管理技术BCD Plus已经进入第六代生产阶段。在5G基站、5G前传光模块和AI计算领域，MPS都成为助力其电源方案的主要提供商。7月3日，MPS北中国区副总经理卢平接受了<电子发烧友>的独家专访，对5G基站、5G前传和AI计算领域的电源产品前景和技术趋势进行了前瞻。

MPS北中国区副总经理卢平

MPS作为全球高性能模拟半导体供应商的领导厂商之一，请介绍一下，你如何看待电源产品在5G基站领域的市场前景和技术趋势是怎样的？

卢平：5G的基站的平均功耗是4G的3倍，5G的基站数量预估是4G的2-3倍。如果采取混合部署站点的方式，5G基站数量有可能达到4G的1.2倍。2018年中国三大运营商电费成本达到240亿，考虑5G基站高功耗和建站数量巨大，预估 5G时代基站耗电一年可能会达到千亿。

5G时代基站耗电会比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。

左：电子发烧友执行副主编章鹰 右：MPS北中国区副总经理卢平

5G网络架构比较4G网络出现很大差异，比如5G接入网和承载网构成不同，还有采用大规模阵列天线，这些部分对电源需求有什么不同？宏站和微站的部署不同于4G，这对于电源管理设计方案带来了哪些挑战？

卢平：5G宏基站采用Massive Mimo（大规模阵列天线），典型的5G宏站用到64T64R，要完成波束赋形，目的是让更多的客户接入5G基站，覆盖范围更远，实现3D覆盖。为了实现波束赋形，必须采用强大的算法。

5G基站因为处理的数据量是4G的几十倍，因而它对各类处理器的要求变得更高了。强大处理器离不开大电流的电源芯片。三大挑战随之而来，第一、电流更大，4G时代基站单轨最大电流不超过30A，而现在有些电流翻倍，达到50A或者60A；第二、通道数更多，AAU可能有几十个通道数；第三、环温更高，现在的AAU的功率在1100W+，整体的发热非常严重，对于板上电源来说环境温度更高了，因而输出能力的降额更多了。

从POL电源来说，功率集成是一个趋势，早年10A以上就使用控制器+FET的方式，现在单颗POL电源芯片可以支持30A电流输出；更大的电流的趋势是控制器+DRMOS技术，以达到效率最大化。

MPS独特的半导体生产、封装技术对5G电源芯片供应带来了哪些优势？

卢平：对于电源芯片来说，半导体工艺是支持创新的基石。MPS虽然没有晶圆厂，但是有自己的工艺。MPS会派自己的工程师去调节合作方的产线，把工艺和产品进行配合。优势是MPS可以将设计和工艺进行协同，还可以利用合作厂商最先进的设备。

从MPS的晶元工艺角度来说，MPS的BCD工艺已经进化到第六代BCD6，相对于上一代工艺，单位面积的RDSON（阻抗）又下降了25%，而且采用55nm的工艺，CMOS的面积减小一半，更加适合数字电源技术。

这个工艺可以提升5G电源处理器供电的效率和功率密度；数字电源控制器可以实现动态切相，实时调压，远程上报等功能，大大提升了电源的全负载范围的高效率和灵活性。

2020年，中国三大运营商计划部署55万站5G基站，贵公司电源芯片主攻5G应用的哪些领域？在5G基站电源领域实现了哪些突破？

卢平：我们在宏基站上可以提供整套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。

5G在基础设施端的变化，不止是宏基站，在5G的中后期，小基站将会发展起来，完善5G的布网，小基站是麻雀虽小，五脏俱全，小基站的供电可以通过网线供电（POE），MPS可以为小基站电源提供从POE到POL的整套电源解决方案。

在5G前传、中传使用的光模块，对于速率提升有很大帮助，MPS提供小体积的电源模块或电源芯片，还会使用温度控制器，提供业界最小体积、最高功率的电源模块。

5G基站的电源市场，目前有哪些痛点？MPS在电源领域的哪些创新技术和解决方案解决了市场的痛点？

卢平：5G基站的电源重点就是降功耗。站在板级电源上面我们要从两个方面分析，一个是要降低典型负载时的功耗，一个是要降低全负载范围的功耗。我们谈到的DRMOS的单位面积RDSON下降，主要是降低典型负载时的功耗，但基站是有不同场景的，例如夜间它的负载就大大降低，如何降低轻载功耗，也是5G电源设计的一个重要考虑因素。

我们刚刚谈到了MPS在工艺的不断创新提高了我们的效率和功率密度。我们还有一些其他的电源创新：

Scalable MCOT技术：我们的大电流DCDC和电源模块将Multi-phase和COT控制技术结合，可非常方便的实现电源并联，而且采用COT技术来达到非常快速的响应。一方面我们现在客户在原型设计的时候，可能不确定电流需要多少，用我们的多相并联，布板可以先放上冗余的DCDC或模块，如果原型机出来发现不需要那么多，多出的一路不焊即可。另外COT技术可以实现比传统的PID调节更为大的动态响应，对于CPU和FPGA这类高运算量的处理器而言，在计算量有大幅变化的情况下，仍可以提供一个非常稳定的核电压。

PMbus数据接口：同样在我们的20A以上的电源我们都采用了PMBUS的数据接口，这个PMBUS的数据接口可以帮助客户实现远程数据上报，灵活的配置

MPS近期在电源领域推出了哪些重点产品？

卢平：我现场带了三款有特点的产品可以让大家有一个直观认识：

MPM3695-100: 单模块输出100A，带PMBUS接口，可以直接并联到800A，每通道均流。提供给工程师一个灵活的设计。

MP2940A: INTEL IMVP9 ICELAKE 参考设计，3相控制器，支持phase shedding，高开关频率（2MHz），PANR(降噪)，而MP2940A的下一代支持PFO。

这个示例可以进行可扩展的模块，每个电源模块可以达到100A，最大可以达到800A，电源工程师可以根据实际需求来进行设计。

2020年，MPS在主要业务线的增长目标是怎样的？

卢平： MPS 在6月15日刚刚发布了2020年第一季度的财报，第一季度同比增长了17.4%，在总体大环境疲软的情况下，MPS还是取得高速增长。最主要的增长动力来源于计算和通讯。通讯包括交换机、光纤通信、5G基站，连接加速趋势明显。

5G宏基站或是小基站是大家最直接想到的；实际上在5G这座冰山下面，还藏着很多其他的应用。因为5G的速率上升，5G相关的其他基础设施如光模块，前传-中传-后传的光模块的速率提升了，5G连接到骨干网的交换机的速率也更快了，数据中心也需要扩容，另外5G也带来更多的边缘计算需求，这一系列的产品都需要升级。MPS在这些应用领域耕耘多年，我们始终以更高效率更高集成度电源为目标，支持比特率和算力的升级。