Hai ngày gần đây, một tin tức lớn đã làm bão mạng xã hội: ADI và Empower Semiconductor thông báo rằng hai bên đã đạt được thỏa thuận cuối cùng, ADI sẽ mua lại Empower với giá 1,5 tỷ USD bằng giao dịch hoàn toàn bằng tiền mặt.
Elon Musk từng nói, trong thời đại dữ liệu dày đặc, nhu cầu công suất ngày càng tăng đã đặt ra những thách thức chưa từng có cho thiết kế nguồn điện. (Dù sao thì họ cũng sắp hết biến áp để chạy các transformer.)
Từ tháng 9/2025, Empower hoàn thành vòng tài trợ Series D hơn 140 triệu USD, cho đến khi bị ADI mua lại, chỉ cách nhau 8 tháng. Điều này nhắc nhở chúng ta một cách rõ ràng rằng bán dẫn công suất ngày nay đã trở nên quan trọng không kém GPU và HBM.
Vậy, ADI nhắm đến những công nghệ nào, và hiện tại các hãng sản xuất nguồn điện đang có những tiến triển gì trong trung tâm dữ liệu AI? Hôm nay, EEWorld sẽ tổng kết về những vấn đề này.
Empower, có lai lịch gì?
Có thể mọi người không quen thuộc với Empower, đây là một công ty chip nguồn từng được Google đầu tư. Công ty được đồng sáng lập vào năm 2014 bởi ba chuyên gia kỳ cựu về thiết kế analog, họ xem bộ điều chỉnh điện áp tích hợp (IVR) như "trái ngon dễ hái" của trung tâm dữ liệu. Con chip này giúp giảm bớt sự cân bằng giữa mật độ công suất và hiệu suất năng lượng trong nhiều năm bằng cách loại bỏ hoặc tích hợp các thành phần rời rạc.
Giải pháp của công ty này được Marvell rất ưa chuộng. Tháng 6 năm ngoái, Empower Semiconductor thông báo hợp tác sâu rộng với Marvell, cùng nghiên cứu và phát triển kiến trúc Bộ điều chỉnh điện áp tích hợp (IVR) và Cấp điện theo chiều dọc (VPD), với mục tiêu cốt lõi là nâng cấp thiết kế điều chỉnh điện áp cấp bo mạch truyền thống lên giải pháp cấp điện tích hợp trên nền silicon hoặc gần chip, nhằm giải quyết các vấn đề cấp điện khác nhau trong thời đại chip công suất kilowatt.
Công ty này có bốn công nghệ rất đáng chú ý:
Thứ nhất, Bộ điều chỉnh điện áp IVR
Trong thời đại dữ liệu dày đặc, IVR được coi là tương lai của trung tâm dữ liệu, giá trị cốt lõi của nó nằm ở: một là giải quyết hai vấn đề lớn: tổn hao đường dẫn lớn và phản ứng quá độ bị cản trở trong thời đại AI; hai là nhờ đặc tính tần số cao để đạt được mức độ tích hợp nguồn điện cao, tích hợp tất cả các mô-đun chức năng của nguồn điện trong một vỏ bọc chip duy nhất, lắp đặt là dùng ngay, thiết kế nguồn điện đơn giản hơn và kích thước cực nhỏ.
Công nghệ IVR độc quyền của Empower là công nghệ then chốt để thực hiện Chiplet (chip nhỏ) và nguồn điện hệ thống. Trong PMIC truyền thống, nhiều linh kiện rời rạc có vấn đề tốc độ chậm, chi phí cao và kích thước cồng kềnh. Hiện tại, trung tâm dữ liệu đã gần đạt đến giới hạn tiêu thụ năng lượng. IVR ra đời để thay thế PMIC rời rạc và cồng kềnh, đồng thời giảm đáng kể tổn hao công suất và cải thiện phản ứng quá độ.
IVR loại bỏ tất cả các thành phần độc lập, đạt được chuyển mạch tần số cao cấp trăm MHz thông qua công nghệ FinFET, tích hợp hàng chục linh kiện rời rạc vào một IC duy nhất, giúp giảm diện tích PCB và đạt được phản ứng quá độ cấp nano giây, cho phép chip được cấu hình và lập trình, kích thước cực nhỏ, có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trong hệ thống. IVR đạt được điều này bằng cách loại bỏ các thành phần từ tính và tụ điện gốm nhiều lớp (MLCC). Do đó, toàn bộ thể tích vỏ bọc sẽ nhỏ hơn 3~5 lần so với cuộn cảm được sử dụng trong hệ thống truyền tải điện năng thông thường.
Thứ hai, Tụ điện Silicon ECAP (Silicon Capacitors)
Tụ điện silicon ECAP do Empower phát triển được sử dụng kết hợp với IVR hoặc VPD. Nguyên lý của tụ điện silicon giống với MLCC, nhưng ESL của tụ điện silicon chỉ bằng một phần trăm hoặc thấp hơn so với MLCC, đặc biệt phù hợp để lọc tần số cao, có thể tối ưu hóa trở kháng tần số cao của PDN, giúp nguồn điện của chip ổn định hơn, sạch hơn. Vật liệu điện môi của tụ điện silicon khác với MLCC, giá trị điện dung ổn định hơn, không bị ảnh hưởng bởi điện áp, nhiệt độ.
ECAP được chế tạo bằng công nghệ quang khắc bán dẫn, với điện cảm tương đương cấp pH và đặc tính suy giảm độ lệch không, cung cấp đảm bảo lọc sạch trong dải tần trăm MHz. Chúng sử dụng điện cảm nối tiếp tương đương (ESL) và điện trở nối tiếp tương đương (ESR) cực thấp, có thể cung cấp hiệu suất băng thông rộng lên đến 10GHz. Mật độ điện dung cao và dạng mỏng siêu mỏng cho phép tích hợp phía chip, phía bo mạch hoặc nhúng vào chất nền ở cấu hình đơn vùng hoặc đa vùng. Những tụ điện này cung cấp độ ổn định và độ tin cậy vượt trội, không bị suy giảm do một chiều, xoay chiều, lão hóa hoặc nhiệt độ, hỗ trợ hiệu suất ổn định trong mọi điều kiện hoạt động. Chúng có cả danh mục tiêu chuẩn và thiết kế hoàn toàn tùy chỉnh.
Thứ ba, Cấp điện theo chiều dọc VPD (Vertical Power Delivery)
Công nghệ cấp điện ngang (LPD) đã trưởng thành, được kiểm chứng, nhưng bị hạn chế bởi các định luật vật lý cơ bản. Khi dòng điện làm việc của bộ xử lý không ngừng tăng, tổn hao công suất do hiệu ứng điện trở và điện cảm trong mạng cung cấp điện (PDN) bắt đầu trầm trọng hơn. Kiến trúc cấp điện theo chiều dọc (VPD) truyền tải điện năng theo chiều dọc xuyên qua các lớp PCB, cấp điện trực tiếp cho bộ xử lý phía trên, từ đó rút ngắn hiệu quả khoảng cách truyền tải điện từ VRM đến SoC, nhờ đó đạt được tổn hao điện trở thấp hơn, phản ứng quá độ tốt hơn, tính toàn vẹn tín hiệu tốt hơn, giải phóng không gian mặt trước bo mạch chủ, tăng cường khả năng mở rộng.
Công nghệ cấp điện theo chiều dọc Crescendo của Empower đạt được phản ứng quá độ nhanh, điều khiển điện áp chính xác và tính toàn vẹn điện năng vượt trội bằng cách di chuyển bộ điều chỉnh mật độ cao trực tiếp xuống phía dưới tải. Kiến trúc có thể mở rộng, có thể cấu hình kỹ thuật số của nó làm giảm tổn hao, tối đa hóa mật độ công suất và loại bỏ nhu cầu về các thành phần bên ngoài cồng kềnh hoặc nhóm tụ điện giải phóng. Crescendo được thiết kế cho các nền tảng xPU và bộ gia tốc yêu cầu cao, đạt được hiệu suất trên mỗi watt cao hơn, đồng thời đơn giản hóa thiết kế hệ thống, hỗ trợ sự phát triển nhanh chóng của máy tính thế hệ tiếp theo.
Thứ tư, Công nghệ FINFAST
FinFast là nền tảng công nghệ điện đột phá của Empower, dựa trên năm trụ cột cơ bản: Kiến trúc điện sáng tạo, Thiết kế công suất dựa trên FinFET, Đóng gói công suất tiên tiến, Từ tính tiên tiến và Tụ điện silicon. Những công nghệ này cùng nhau đạt được mật độ công suất siêu cao, hiệu suất vượt trội và hiệu suất động dẫn đầu ngành. FinFast được thiết kế cho các hệ thống trí tuệ nhân tạo, trung tâm dữ liệu, mạng và chipset, cho phép sản phẩm định nghĩa lại khả năng của việc truyền tải điện năng hiện đại.
Ý nghĩa sâu xa của việc ADI mua lại
Theo phân tích của "Tam Đại Bán Thực Đường", ADI đã có bố trí hoàn thiện về nguồn điện tủ rack 48V/800V và cấp bo mạch, nhưng khoảng trống một milimét từ bên ngoài chip đến ngay bên dưới die vẫn còn trống, IVR+ECAP của Empower vừa vặn bổ sung vào, đồng thời nền tảng cấp điện theo chiều dọc Crescendo có thể đạt được dòng điện 3000A+, phản ứng quá độ nhanh hơn 20 lần. Với sự phát triển nhanh chóng của mô hình lớn, Agent và trí tuệ thể hiện, mức tiêu thụ điện của thẻ tăng tốc AI và toàn bộ máy đã tăng nhanh chóng, áp lực cấp điện đơn máy/đơn bo đã bước vào cấp kilowatt, thời gian gấp, nhiệm vụ nặng, không còn thời gian để nghiên cứu và phát triển từ đầu. 1,5 tỷ USD mua một tấm vé vào cửa "trong vỏ bọc" rất hợp lý đối với gã khổng lồ analog với giá trị vốn hóa thị trường gần 200 tỷ USD.
Theo tổng kết lại, trong 18 tháng qua, ADI đã từng bước vững chắc trong lĩnh vực trung tâm dữ liệu AI: Tháng 4/2024, xác định μModule là dòng sản phẩm chính cho trung tâm dữ liệu, giải quyết vấn đề tích hợp cấp bo mạch; Tháng 8/2025, tham gia hệ sinh thái 800V của NVIDIA, doanh nghiệp nguồn điện trung tâm dữ liệu tăng trưởng 50%; APEC 2025, ra mắt công tắc thông minh SiC, bố trí phía sơ cấp 800V (PFC/LLC); Tháng 2/2026, định hướng chiến lược "Trí tuệ Vật lý"; Ngày 4/3/2026, nghiên cứu ra cuộn cảm ghép cấu trúc mới Notch CL (NCL), báo trước cấp điện theo chiều dọc (VPD); Ngày 27/3/2026, phát hành sách trắng 800V, nhận định 800V HVDC là kết cục cuối cùng; Ngày 19/5/2026, mua lại Empower với giá 1,5 tỷ USD, bù đắp khoảng trống một milimét cuối cùng trong vỏ bọc.
Hiện tại, trên toàn cầu, chỉ đếm trên đầu ngón tay những công ty có thể đưa ra nền tảng IVR có thể sản xuất hàng loạt, cấp điện theo chiều dọc (VPD) cũng được công nhận trong ngành là tương lai cùng với tích hợp trong vỏ bọc. Có thể nói, việc Empower bị mua lại là gần như không thể tránh khỏi.
Xu hướng phát triển nguồn điện trung tâm dữ liệu AI
Độ tích hợp cao hơn, cấp điện theo chiều dọc là hướng phát triển của nguồn điện AI. Infineon từng chia sẻ rằng, nguồn điện AI trong tương lai sẽ được chia thành ba giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất là Cấp điện Rời rạc/Ngang (Discrete/Lateral), cấp công suất, cuộn cảm, tụ điện được bố trí trực tiếp bên cạnh bộ xử lý (GPU), chi phí thấp nhất, hệ sinh thái và hệ thống chất lượng trưởng thành. Tuy nhiên, khi dòng điện GPU vượt quá 850~1000A, tổn hao sẽ vượt quá 100W, tổng điện trở PDN vào khoảng 90~140μΩ.
Giai đoạn thứ hai là Cấp điện theo chiều dọc mặt sau (BVM), sử dụng bố trí theo chiều dọc, như tên gọi, mô-đun cấp điện sử dụng bố trí xuyên thẳng đứng, kết nối thẳng đứng với bộ xử lý từ mặt sau của chất nền/bo mạch chủ, rút ngắn đường dẫn truyền tải. Bằng cách loại bỏ khoảng cách giữa nhiều mô-đun nhỏ, loại bỏ đường dây nguồn điện/tín hiệu điều khiển bên dưới bộ xử lý, tăng mật độ công suất, đơn giản hóa thiết kế bo mạch chủ, giảm đáng kể tổng điện trở PDN xuống 10~15μΩ (thấp hơn 89% so với ngang).
Giai đoạn thứ ba là Cấp điện bằng Bộ điều chỉnh điện áp tích hợp trên chất nền (SIVR), tích hợp bộ điều chỉnh điện áp trực tiếp trên chất nền, đường dẫn truyền tải theo chiều dọc được tinh giản hơn nữa, là giải pháp tối ưu để kiểm soát tổn hao. Có thể giảm thêm 10~15% tổn hao PDN chất nền, tổng điện trở PDN đạt 7~10μΩ (thấp hơn 93% so với ngang).
Nhìn theo cách này, IVR là giải pháp tối ưu hơn nữa cho nguồn điện VPD, còn công nghệ VPD chính là tấm vé vào cửa cho giai đoạn thứ ba.
Tiến triển của IVR ở các hãng khác
Hiện tại, IVR có ba giải pháp: Một là lắp đặt IVR ở mặt sau bo mạch chủ PCB, tương tự như truyền tải điện năng theo chiều dọc "tiêu chuẩn", quy trình tương đối đơn giản, nhưng PDN lớn nhất; Hai là lắp đặt gần die xPU, đối với hệ thống tiêu thụ điện thấp, đóng gói chip bên trong package ở mặt bên xPU, lắp đặt dễ dàng hơn so với mặt pad; Ba là nhúng IVR vào chất nền, giảm độ dày của IVR, mỏng đến mức có thể nhúng trực tiếp vào chất nền ngay bên dưới die xPU, PDN nhỏ, dòng tải lớn.
Trong lĩnh vực IVR, Empower không chiến đấu đơn độc, Ferric và Intel đã từng đưa ra giải pháp IVR, Infineon cũng đang theo dõi sát sao công nghệ này.
Nhà sản xuất Mỹ Ferric cũng là một trong những đối tác của Marvell. IVR của họ có thể được sử dụng trong cấu hình "nhúng vào chất nền", đầu vào 1.2-2V, đầu ra 0.25-1.5V, tần số 60-100MHz, độ dày 0.55-1mm, mật độ dòng điện có thể đạt 4.5A/mm*mm.
Trong một cuộc phỏng vấn trước đây, Ferric cho biết: "Với sự tài trợ của Intel và chính phủ Mỹ, chúng tôi đang phát triển một số công nghệ nền tảng then chốt để thực hiện IVR. Lúc đó chúng tôi đang nghiên cứu và phát triển vật liệu sắt từ màng mỏng có thể tích hợp với chất bán dẫn, để thu nhỏ toàn bộ hệ thống chuyển đổi nguồn điện, từ đó đạt được IVR mật độ cao, nhằm giải quyết nút thắt cổ chai này — đây chính là tiến triển hiện tại của chúng tôi."
Intel đã từng giới thiệu công nghệ FIVR vài năm trước. FIVR của Intel là tích hợp IVR trực tiếp vào bên trong CPU, sau khi áp dụng, thiết kế hệ thống được đơn giản hóa đáng kể, giải pháp nguồn điện trở nên cực kỳ đơn giản. Intel đã sử dụng công nghệ IVR trên CPU thế hệ thứ tư, IVR được tích hợp trực tiếp vào CPU, sử dụng cuộn cảm không khí (ACI), tuy nhiên trong các thiết kế sau đó cũng sử dụng cuộn cảm từ tính (CoaxMIL). Hiệu suất đầu vào 1.8V, đầu ra 1V tối đa có thể đạt 90%, băng thông vòng lặp có thể đạt 60MHz. Nhưng sau đó Intel đã tạm hoãn công nghệ này, nguyên nhân cụ thể chưa rõ, vấn đề tản nhiệt có thể là một trong số đó.
Infineon đã quan tâm đến công nghệ Bộ điều chỉnh điện áp trên chất nền (SVR/SIVR) từ rất lâu trước đây, đang nghiên cứu nhiều khái niệm để đạt được tiêu chuẩn hóa, Infineon còn đề xuất khái niệm điều khiển hỗn hợp.
Tụ điện Silicon, "gạo công nghiệp" của HPC
SiCap (tụ điện silicon) ngay từ khi ra đời đã có sứ mệnh — thay thế MLCC trong HPC, vì vậy cũng được gọi là "gạo công nghiệp" của HPC. Tụ điện silicon là công nghệ tụ điện mật độ cao dựa trên quy trình bán dẫn, sử dụng vật liệu nền silicon và cấu trúc vi mô như rãnh 3D, xếp chồng, để đạt được mật độ điện dung cao, ESR thấp và ESL thấp, phù hợp với các kịch bản HPC, chip AI và tần số vô tuyến. So với MLCC, SiCap sử dụng quy trình MOS hoặc DRAM xếp chồng, tích hợp tụ điện vào wafer silicon, độ dày mỏng hơn (thường <100μm), mật độ cao hơn (có thể đạt 1.3~2.5 μF/mm2).
Được hưởng lợi từ sự bùng nổ nhu cầu AI, trung tâm dữ liệu và 5G, thị trường SiCap tiếp tục mở rộng. Nửa đầu năm 2025, doanh thu S-SiCap tăng 210%, một phần đến từ đơn hàng chip AI CoWoS-S. Thị trường tụ điện silicon toàn cầu ước tính trị giá khoảng 2–2.25 tỷ USD vào năm 2025, dự kiến đạt 2.5~3 tỷ USD vào năm 2030, CAGR khoảng 4.8~5%. Phiên bản mật độ cao (như 3D SiCap) tăng trưởng nhanh hơn: khoảng 202 triệu USD vào năm 2024, dự kiến đạt 407 triệu USD vào năm 2031; tổng thị trường mật độ cao năm 2024 là 1.1 tỷ USD, dự kiến đạt 2.5 tỷ USD vào năm 2033.
Murata là một trong những nhà tham gia chính về tụ điện silicon. Tụ điện silicon mật độ cao của Murata được phát triển bằng công nghệ MOS bán dẫn và sử dụng cấu trúc 3D để tăng đáng kể bề mặt điện cực, do đó làm tăng điện dung trong một diện tích chiếm chỗ nhất định. Công nghệ silicon của Murata dựa trên cấu trúc đơn khối nhúng vào chất nền không kết tinh (MIM đơn lớp và MIM nhiều lớp — MIM là viết tắt của kim loại / chất cách điện / kim loại).
Tụ điện silicon của Murata có cùng DNA với công nghệ MOS bán dẫn, có mô hình mặc định toàn mô-đun được thiết lập dựa trên dữ liệu nhất quán đã được xác minh, do đó cung cấp hiệu suất có thể dự đoán, cực kỳ đáng tin cậy. So với các công nghệ tụ điện khác, công nghệ tụ điện silicon của Murata đã cải thiện độ tin cậy lên 10 lần, chủ yếu nhờ oxit được tạo ra trong quá trình xử lý nhiệt độ cao. Ngoài ra, tất cả các bài kiểm tra điện được thực hiện khi kết thúc các bước sản xuất, điều này tránh được lỗi sớm.
Murata sử dụng một cấu trúc đặc biệt có tên là "Tripod Pillar" ("bốn chân") để tăng diện tích bề mặt và nâng cao điện dung của tụ điện silicon. Ngoài ra, bằng cách sử dụng cấu trúc Nanoporous (nano xốp) mới được nghiên cứu và phát triển, có thể tăng dung lượng lên gấp năm lần trước đây. Vì tụ điện silicon còn có thể tiếp tục thu nhỏ hơn, mỏng hơn, tạo thành giải pháp cấp hệ thống với công nghệ IVR, model EC2006P của họ có thể cung cấp điện dung 36.8μF trong vỏ bọc 4mm x 4mm.
Samsung Electro-Mechanics cũng là một trong những nhà tham gia chính về tụ điện silicon. Ngày 20/5, Samsung Electro-Mechanics thông báo đã ký kết hợp đồng cung cấp tụ điện silicon trị giá khoảng 1.5 nghìn tỷ won trong 2 năm với một tập đoàn lớn toàn cầu. Samsung Electro-Mechanics có kế hoạch mở rộng phạm vi cung cấp từ máy chủ AI sang các kịch bản đa dạng như lái xe tự động, thiết bị đầu cuối di động và máy tính hiệu suất cao (HPC).
Rohm cũng đang sản xuất tụ điện silicon. Sản phẩm thế hệ đầu tiên BTD1RVFL của họ, là sản phẩm sản xuất hàng loạt loại gắn trên bề mặt, đạt được kích thước siêu nhỏ 0402 (0.4mm×0.2mm) trong ngành. So với sản phẩm thông thường kích thước 0603 (0.6mm×0.3mm), diện tích lắp đặt có thể giảm khoảng 55%. Trong chế tạo ngoại hình, sử dụng công nghệ vi hóa "RASMIDTM" độc quyền của ROHM, công nghệ này có thể đạt được gia công cấp 1μm. Tích hợp diode TVS, có khả năng chịu đựng ESD vượt trội. Bằng cách nâng cao độ chính xác kích thước vỏ bọc, cũng thành công trong việc thiết kế điện cực mặt sau (tức là mặt tiếp xúc với bo mạch) gần hơn với phần chu vi của thiết bị.
Trong nước cũng đang quan tâm đến tụ điện silicon. S-SiCap Gen4 của Apex Tech đã đạt được mật độ điện dung 3.8 μF/mm2, đi tiên phong trong việc áp dụng đóng gói chất nền nhúng, dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt từ năm 2026; Các doanh nghiệp khởi nghiệp như Latticech, Senmaru Electronics cũng đang nổi lên nhanh chóng, sản phẩm tụ điện silicon 3D của họ đạt mật độ giá trị điện dung 1.5 μF/mm2, thành công phá vỡ sự độc quyền của nước ngoài, được ứng dụng rộng rãi trong thị trường chip tính toán AI, mô-đun quang tốc độ cao.
VPD, không ngừng tiến triển
Tại CES năm nay, NVIDIA xác nhận Rubin sẽ sử dụng giải pháp VPD. Theo NVIDIA, kiến trúc Rubin sẽ được trang bị bộ nhớ HBM4 rộng hơn, nhiều hơn. Vì HBM đã chiếm hết tất cả không gian xung quanh vỏ bọc GPU, không còn vị trí vật lý cho cấp điện ngang (LPD), do đó VPD là giải pháp xác định. Tình cờ thay, Intel, Google cũng đã bắt đầu thử nghiệm giải pháp VPD. Thậm chí, Huawei cũng đang quan tâm đến công nghệ này. Huawei có một đơn xin cấp bằng sáng chế phát minh về "Hệ thống cấp điện theo chiều dọc cho chip", bằng sáng chế này nhằm cung cấp một phương án thiết kế mô-đun điều chỉnh điện áp (VRM) để cấp điện cho chip.
Có thể thấy, VPD sẽ là một trong những công nghệ then chốt nhất của bộ xử lý hiện đại. Ngoài Empower, các hãng như Infineon, MPS, Vicor, TDK cũng đã đạt được nhiều tiến triển lớn trong nguồn điện trung tâm dữ liệu AI.
Tháng 3 năm ngoái, Infineon (英飞凌) ra mắt mô-đun công suất bốn pha OptiMOS TDM2454xx, thực hiện cấp điện theo chiều dọc (VPD) thực sự và cung cấp mật độ dòng điện dẫn đầu ngành 2 ampe/mm vuông. Mô-đun này tiếp nối mô-đun công suất hai pha OptiMOS TDM2254xD và TDM2354xD mà Infineon ra mắt năm 2024, tiếp tục cung cấp mật độ công suất vượt trội cho các nền tảng tính toán gia tốc.
Infineon cho biết, trong hệ thống cấp điện ngang truyền thống, dòng điện cần chảy qua bề mặt wafer bán dẫn, điều này dẫn đến tăng điện trở và tạo ra tổn hao công suất đáng kể. Cấp điện theo chiều dọc làm tăng hiệu suất hệ thống bằng cách rút ngắn đường dẫn truyền tải dòng điện, giảm tổn hao điện trở.
Bằng cách sử dụng linh kiện công suất công nghệ rãnh OptiMOS 6 mạnh mẽ và đóng gói chip nhúng của Infineon, mô-đun OptiMOS TDM2454xx có thể cung cấp hiệu suất điện và tản nhiệt vượt trội, đồng thời sử dụng công nghệ thiết kế cuộn cảm siêu mỏng sáng tạo, không ngừng nâng cao giới hạn hiệu suất và chất lượng của hệ thống VPD. Ngoài ra, thiết kế cấu trúc của OptiMOS TDM2454xx có lợi cho việc ghép nối mô-đun và có thể cải thiện dẫn dòng điện, từ đó nâng cao hiệu suất điện, tản nhiệt và cơ học. Mô-đun này hỗ trợ dòng điện tối đa 280A trong nguồn điện bốn pha và tích hợp lớp tụ điện nhúng trong vỏ bọc nhỏ chỉ 10x9 mm2, kết hợp với bộ điều khiển XDP của Infineon, có thể thực hiện giải pháp công suất mật độ dòng điện cao ổn định, bền bỉ.
MPS (Monolithic Power Systems) cũng rất tích cực trong việc bố trí VPD. Có báo cáo cho rằng MPS có một phần ứng dụng đáng kể trong giải pháp cấp điện GPU H100. Tuy nhiên, tên giải pháp VPD của MPS hơi khác một chút, gọi là "Cấp điện trục Z" (ZPD). Cấp điện trục Z đặt bộ ổn áp ở dưới cùng của PCB, bên dưới bộ xử lý. Phương pháp này có thể giảm đáng kể tổn hao PDN (hơn 10 lần).
Năm ngoái, MPS đã ra mắt giải pháp nguồn điện AI mật độ công suất siêu cao thế hệ mới để đáp ứng nhu cầu máy chủ AI. Sản phẩm cốt lõi MPC24380 của họ sử dụng kiến trúc cấp điện trục Z, tích hợp tụ điện đầu ra, kết hợp thiết kế tản nhiệt đỉnh DrMOS, có những ưu điểm nổi bật như dòng điện đầu ra cao bốn kênh 260A và mật độ công suất siêu cao 2A/mm2; đồng thời cũng ra mắt MPC22158 với các thông số kỹ thuật khác nhau, thể tích siêu nhỏ đạt dòng điện đầu ra hai kênh 130A, với nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, tích hợp cao để hỗ trợ cấp điện chip AI, giải quyết khó khăn về năng lượng và tản nhiệt.
Vicor bố trí VPD từ rất sớm, cũng là một trong những đối tác được NVIDIA xác nhận. Sau khi NVIDIA công bố tại CES rằng Rubin sẽ sử dụng kiến trúc VPD, Vicor trở thành người hưởng lợi lớn nhất, thị trường chứng khoán cũng khá sôi động. Có báo cáo chỉ ra rằng, trong các ứng dụng hệ thống AI 48V, Vicor từng chiếm tới 85% thị phần, các đối tác bao gồm NVIDIA, Google, Intel, AMD, Cerebras, Tesla.
Giải pháp VPD của Vicor là một mô-đun tích hợp gồm ba lớp: Lớp dưới là Gearbox, lớp giữa là mảng bội dòng VTM, lớp trên là bộ ổn áp PRM. Ba lớp như vậy tạo thành một giải pháp VPD hoàn chỉnh, Vicor gọi nó là DCM.
Gearbox thực hiện hai chức năng: một là chứa tụ điện giải phóng tần số cao, hai là phân phối lại dòng điện từ VTM để tạo thành mẫu giống với bộ xử lý phía trên. Kích thước mảng VTM phụ thuộc vào yêu cầu dòng điện đầu vào của bộ xử lý, kích thước PRM phụ thuộc vào tổng nhu cầu công suất. Nếu GPU hoặc ASIC cần nhiều đường ray nguồn, thì lớp VTM và lớp PRM có thể được thực hiện bằng PRM và VTM độc lập riêng biệt, kích thước của chúng có thể đáp ứng yêu cầu dòng điện và điện áp của từng đường ray cụ thể.
Giải pháp VPD của Vicor giảm thêm điện trở PDN xuống 5~7 μΩ bằng cách đặt bộ bội dòng MCM/GCM trực tiếp bên dưới bộ xử lý, phát huy tối đa hiệu suất tính toán và hiệu suất năng lượng của bộ xử lý AI. Theo phương thức truyền tải điện năng theo chiều dọc của Vicor có thể giảm tổn hao PDN 95%.
TDK cũng đang bố trí VPD. Bộ chuyển đổi DC μPOL mà họ ra mắt sử dụng công nghệ nhúng chip SESUB để đạt được kích thước nhỏ gọn tối ưu, rất phù hợp với nguồn điện theo chiều dọc 1A đến 200A cho các ứng dụng này.
FS1525 của TDK tích hợp cuộn cảm công suất, để làm mịn gợn sóng dòng điện sinh ra khi μPOL đẩy công suất vào tải. Sự tích hợp này đạt được dạng nhỏ hơn và hiệu suất cao hơn bằng cách giảm hiệu ứng ký sinh. Bằng cách nén tất cả các thành phần vào một mô-đun nguồn điện nhỏ, DC-DC có thể cung cấp mật độ công suất 127 ampe trên mỗi cm khối.
Mô-đun này thực hiện một phương thức điều chế tiên tiến hơn gọi là Điều chế thời gian thích ứng (AOT), đạt được phản ứng quá độ siêu nhanh và thực hiện bù vòng lặp bên trong. Dựa trên vòng khóa pha (PLL), phương án điều chế này đạt được hiệu suất lần lượt là 91% và 89% ở 15 ampe và 25 ampe. Ngoài ra, I2C và PMBus cung cấp cho kỹ sư các tùy chọn đo từ xa bổ sung.
Lời cuối
Bộ xử lý và kiến trúc trung tâm dữ liệu đang thay đổi để đáp ứng nhu cầu điện áp cao hơn của các máy chủ chạy AI và mô hình ngôn ngữ lớn (LLM). Đã từng, máy chủ khi chạy chỉ tiêu thụ vài trăm watt điện. Nhưng trong vài thập kỷ qua, tình hình đã thay đổi rất lớn do lượng dữ liệu cần xử lý tăng mạnh và người dùng yêu cầu xử lý dữ liệu nhanh hơn. Chip Grace Blackwell của NVIDIA tiêu thụ 5 đến 6 kilowatt, đó là khoảng 10 lần tổng mức tiêu thụ điện của máy chủ trước đây.
Khi máy chủ AI thay đổi, khi mức tiêu thụ điện đơn bo bước vào cấp kilowatt, ai có thể đưa nguồn điện vào bo mạch thiếu không gian một cách hiệu quả hơn, nhường nhiều không gian hơn cho chip tính toán quan trọng hơn, người đó mới có thể chiến thắng. Các công nghệ như IVR, tụ điện silicon, VDP, chắc chắn là chìa khóa để đạt được bước đột phá này. Việc mua lại của ADI, chắc chắn chứng minh rằng, hiện tại nguồn điện AI đang cần được nâng cấp thay đổi cấp thiết, tin rằng những công nghệ này sẽ phát triển nhanh chóng trong vài năm tới.
Tài liệu tham khảo
[1]ADI:https://www.analog.com/cn/newsroom/press-releases/2026/5-19-2026-adi-to-acquire-empower-semiconductor.html
[2]EETimes:https://www.eetimes.com/adi-to-acquire-empower-to-join-data-centers-power-gold-rush/
[3]Charging Head Network:https://mp.weixin.qq.com/s/YLOI9xCpx9xw-XruV7o1aA
[4]Tam Đại Bán Thực Đường:https://mp.weixin.qq.com/s/EcSOlnRwpJvaf1N2pWaFPg
[5]Empower:https://www.empowersemi.com/wp-content/uploads/2026/05/Empower_APM-Brochure_May2026_spreads_digital-opt.pdf
[6]Liu Power:https://mp.weixin.qq.com/s/SqsotkkqBYceV3Ag_n6C7Q
[7]Rohm:https://rohmfs-rohm-com-cn.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/cn/products/databook/white_paper/passive/common/silicon_capacitors_btd1rvfl_wp-c.pdf
Bài viết này đến từ tài khoản công chúng WeChat "Thế giới Kỹ thuật Điện tử" (ID:EEworldbbs), tác giả: Fu Bin
