初创公司，要大幅降低芯片功耗

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即使数据中心中的GPU运行大型语言模型理论上只需要700瓦，但由于电力输送效率低下，实际可能需要1700瓦。彭邹和他的团队在初创公司PowerLattice表示，他们通过小型化和重新封装高压稳压器解决了这个问题。

该公司声称，其新型芯片通过缩小电压转换过程并将其显著移近处理器，可降低高达 50% 的功耗，并使每瓦性能提高一倍。

电力输送的萎缩与转移

传统系统通过将电网提供的交流电转换为直流电来为人工智能芯片供电，然后再将直流电再次转换为GPU可用的低压（约1伏）直流电。由于电压下降，为了节省电能，电流必须增加。

这种能量交换发生在处理器附近，但电流即使在低电压状态下也需要流经相当长的距离。高电流流经任何距离都是不利的，因为系统会以热量的形式损耗能量，损耗量与电流的平方成正比。“距离处理器越近，高电流需要流经的距离就越短，因此我们可以减少功率损耗，”加州大学圣地亚哥分校研究电力电子的Hanh-Phuc Le说道，他与PowerLattice公司没有任何关联。

鉴于人工智能数据中心的能耗不断增长，“这在今天几乎已经成为一个阻碍发展的问题，” PowerLattice 的邹先生说。

邹先生认为他和同事们找到了避免这种巨大功率损耗的方法。他们没有像以往那样在距离处理器几厘米的地方降低电压，而是找到了在处理器封装内部几毫米处降低电压的方法。PowerLattice公司设计了微型供电芯片，将电感器、电压控制电路和软件可编程逻辑集成到一个只有铅笔橡皮擦两倍大小的集成电路中。这些芯片位于处理器封装基板下方，并与之连接。

PowerLattice 的研发人员面临的一项挑战是如何在不影响电感器性能的前提下缩小其尺寸。电感器能够暂时存储能量，然后平稳地释放，帮助稳压器维持稳定的输出。电感器的物理尺寸直接影响其能量存储能力，因此缩小尺寸会削弱其作用。

这家初创公司通过使用一种特殊的磁性合金来制造电感器，从而解决了这个问题。邹先生表示，这种合金“使我们能够在高频下高效运行电感器”。“我们的工作频率比传统方案高出百倍。” 在更高的工作频率下，电路可以设计成使用电感值更低的电感器，这意味着元件本身可以使用更少的材料。这种合金的独特之处在于，即使在如此高的频率下，它也能保持比同类材料更好的磁性。

邹教授表示，最终制成的微型芯片面积不到目前电压调节器的二十分之一，厚度仅为100微米，大约相当于一根头发丝的粗细。如此小的尺寸使得微型芯片可以尽可能靠近处理器安装，节省下来的空间可以为其他组件提供宝贵的安装空间。

邹先生表示，即使尺寸很小，这项专有技术也“高度可配置且可扩展”。客户可以使用多个芯片组来实现更全面的解决方案，或者如果他们的架构不需要，也可以使用更少的芯片组。邹先生认为，这是PowerLattice电压调节解决方案的“关键优势之一”。

该公司声称，采用芯片组技术可以为运营商降低 50% 的电力需求，从而有效提升性能。但 Le 认为这个数字过于乐观。他表示，50% 的节能“或许可以实现，但这意味 PowerLattice 必须能够直接控制负载，包括处理器。” 他认为，只有当该公司能够根据处理器的负载实时管理电源时，才能真正实现这一目标——这种技术被称为动态电压和频率调节——而 PowerLattice 目前并不具备这种能力。

面临竞争

目前，PowerLattice正在进行可靠性和验证测试，预计将在两年后向客户发布首款产品。但将这些芯片推向市场并非易事，因为PowerLattice面临着一些实力雄厚的竞争对手。例如，英特尔正在开发一款全集成电压调节器，该设备的部分目的就是为了解决同样的问题。

邹先生认为英特尔并非竞争对手，因为除了产品在供电方式上的差异外，他也不相信英特尔会向竞争对手提供技术。“从市场定位的角度来看，我们和英特尔有很大的不同，”邹先生说道。

Le表示，十年前，PowerLattice根本没有发展空间，因为当时处理器厂商只有在客户同时购买其电源产品的情况下才会保证芯片的可靠性。“例如，高通可以销售其处理器芯片，但绝大多数客户也必须购买其专有的高通电源管理芯片，否则高通就会说，‘我们不保证整个系统的可靠运行。’”

不过，现在或许有了希望。“目前有一种我们称之为芯片组实现的趋势，这是一种异构集成，”Le说道。他表示，客户正在将来自不同公司的组件混合搭配使用，以实现更好的系统优化。

尽管像英特尔和高通这样的知名供应商可能仍然凭借其强大的客户群占据优势，但规模较小的公司——主要是初创公司——在构建处理器和人工智能基础设施方面也同样需要大量的电力。Le 表示，这些公司需要寻找电源，而 PowerLattice 和类似的公司正可以满足这一需求。“市场就是这样。我们看到一家初创公司与另一家初创公司合作，共同开发的产品实际上可以与一些大型公司相媲美，甚至展开竞争。”

https://spectrum.ieee.org/voltage-regulator?utm_source=homepage&utm_medium=hero&utm_campaign=hero-2025-12-12&utm_content=hero5

（来源：编译自IEEE）

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今天是《半导体行业观察》为您分享的第4255期内容，欢迎关注。

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