罗姆强势入局AI服务器800VDC电源方案

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）随着AI技术发展，AI 服务器耗电量呈爆发式增长。据行业权威机构预测，到2030年AI应用将消耗约1000TWh电力，占全球发电量的10%。AI训练耗电量是网络搜索的10倍以上。

AI服务器GPU性能增长的同时功率持续飙升。以英伟达为例，其GPU的TDP热设计功耗从H100的700W，攀升至B300的1.4KW，明年VR200将达1.8KW，2027 年更计划推出3.6KW GPU产品，同时英伟达GPU迭代速度也从两年缩短至一年。GPU高功率给48-54V低电压系统带来严峻挑战。



AI服务器电源的高压趋势

罗姆半导体（上海）有限公司深圳分公司技术中心总经理水原徳健在日前的媒体沟通会上表示，我们知道电压恒定则电流激增，这不仅加剧损耗与发热，1MW AI服务器需消耗 4-5 吨铜线，推高成本与空间压力，而且低电压电源框架的功率上限仅100KW，服务器全生命周期60%-65% 的成本来自电力消耗。电力消耗和运营成本的上升已成为行业核心痛点。AI服务器电源架构转向高压已成为行业共识。

当前主流高压方案包括微软、谷歌等科技巨头牵头的±400V系统，以及英伟达800V系统。美国由于AI用量是中国的两倍而发电量仅为一半，因此迫切需要800V系统。中国正同步研发两类方案，或先过渡到400V，未来将迈向1500V系统，以顺应高压趋势。

800V高压系统相比54V系统，可支持1MW供电，端到端效率提升5%，铜材用量减少30%，热损耗降低25%。这种架构使数据中心能够实现从100kW到1MW以上的机架部署，为未来AI算力需求预留充足扩展空间。

罗姆800VDC电源方案

在AI服务器的高压趋势下，服务器将转变为电源侧架和服务器机架并存的新架构，电源侧架（Power source）注重配电和AC/DC转换的效率提升，服务器机架（IT rack）注重功率密度，以确保满足AI处理及冷却系统的空间需求。


罗姆是全球屈指可数的同时拥有SiC/GaN元器件及驱动控制模拟技术的日本半导体制造商，提供从电源侧的AC/DC、DC/DC转换，到IT机架的隔离型三相LLC拓扑解决方案等，罗姆的强项正是"功率电子+模拟技术"的完美结合。

在AI服务器电源领域，罗姆的碳化硅、氮化镓等产品已与行业头部企业展开合作。例如，罗姆的EcoSiC™碳化硅产品被村田制作所Murata Power Solutions的AI服务器电源采用，科索3.5kW输出AC-DC电源单元"HFA/HCA系列"也采用罗姆的EcoSiC™。罗姆EcoGaN™功率器件被台达电子Innergie品牌的45W输出AC适配器"C4 Duo"采用，双方已建立电源系统用功率元器件战略合作关系。

罗姆提供适用800VDC 20～30kW级电源单元的解决方案。针对理想的功率转换拓扑，提供充分发挥SiC/GaN/Si各自特点的功率解决方案。实现高效率，各电源模块效率达99%以上，以及高功率密度，现行PSU标准为100W/in³，而采用GaN产品的服务器机架电源可达到246W/in³。



在电源侧架（Power Source）设计上，罗姆采用Vienna整流电路与三相LLC拓扑的组合。在IT机架电源系统设计上，采用三相隔离型LLC拓扑，800VDC转换为50V（IBV）的隔离型DC-DC转换器。一次侧可采用SiC，二次侧采用SiC或Si器件。针对高功率密度一次侧可采用GaN，二次侧采用Si。



水原徳健表示，搭载高功率密度GaN产品的级联隔离型LLC，通过将开关频率提升至500kHz，实现变压器等外围元器件的小型化，通过级联结构分担一次侧和变压器的电流，可提高效率。

据介绍，罗姆第5代SiC产品通过业界超低RonA、扩展栅极偏置电压，助力实现更高效率。其高温条件下RonA（导通电阻）降低30%，支持AI服务器在高温环境及高负载工况下的低损耗运行；负栅极电压偏置额定值（Vgsn）范围扩大，可支持-5V关断驱动电压（直流额定值-7V）。与第4代产品相比，第5代SiC的总损耗减少约30%，在功耗控制上形成显著优势。根据规划，罗姆第6代SiC产品计划用时两年迭代，而未来为了顺应GPU厂商一年一迭代的周期，罗姆也将加快迭代步伐。



罗姆还构建了行业标准封装产品群，通过与英飞凌合作实现通用设计和稳定供应，并提升表面散热和模块性能。罗姆将采用英飞凌创新的 SiC顶部散热平台，英飞凌将采用罗姆的半桥结构 SiC 模“DOT-247”，并开发兼容封装。罗姆原创的先进DOT-247 封装相比传统分立器件封装，可实现更高功率密度与设计自由度。其采用将两个 TO-247 封装连接的独特结构，较 TO-247 封装降低约 15%的热阻和 50%的电感。凭借这些特性，该封装的功率密度达到 TO-247 封装的 2.3倍。



热插拔

热插拔功能对保持AI 服务器的稳定性、连续性至关重要。热插拔允许在服务器不停机、算力不中断的前提下进行系统更换或升级，而插拔操作带来的浪涌电流可能对元器件造成瞬时冲击。



针对此痛点，罗姆提供专业级热插拔控制器（HSC，Hot Swap Controller）解决方案，可以在不关闭服务器的情况下更换故障模块或升级硬件配置。其核心产品RY7P250BM和RS7P200BM采用Nch MOSFET技术，具有宽SOA（安全工作区）范围和低导通电阻特点，确保了热插拔过程中的稳定性和可靠性。水原 徳健表示，100V耐压的功率MOSFET，非常适用于48V热插拔电路。RY7P250BM已被全球知名主流云平台企业认证为推荐器件。



小结：

罗姆可以提供的产品不仅包括以高功率效率和高功率密度助力降低功耗的SiC、GaN产品，还包括适用于HSC的Si MOSFET、隔离型栅极驱动器和电源IC等外围元器件，可满足最新AI服务器的多样化需求。罗姆正在以功率元器件、模拟技术助力满足AI服务器的高电压与节能化发展趋势。