5 月 22 日,2026 世界 AI 服務器電源大會在深圳順利舉行。本次大會聚焦 AI 數據中心電源架構升級、800V HVDC、高功率密度電源模塊、第三代半導體器件等熱門方向。

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大會上,納芯微系統應用工程師徐文哲帶來了《模擬芯片在服務器電源系統的應用與挑戰——AI數據中心的功率密度提升:從系統約束到半導體器件挑戰》主題演講,從功率密度的角度切入,介紹納芯微在模擬芯片方面提供的解決方案。

納芯微是一家高性能高可靠性的模擬及混合信號芯片公司,于2013年成立,2022年在科創板上市,2025年在港交所上市。其在國內主要的一線城市都有研發和銷售團隊,在德國、日本、韓國和美國都有海外銷售和支持團隊。

圍繞應用創新,納芯微已成為全品類的數模混合芯片的提供商,產品大概分為四個類別,分別為傳感器、信號鏈、電源管理和MCU。

納芯微是全球領先的隔離芯片供應商,從2016年開始做數字隔離器開發,到現在已經10年了,目前是國內隔離芯片市場的top 1,截止25年累計出貨量27億顆隔離芯片,并且是國內第一個獲得VDE增強隔離認證企業,獲得了VDE的優秀質量獎。

納芯微是領先的隔離柵極驅動芯片供應商,隔離柵極驅動芯片連續三年中國市場份額第一,累計出貨超過14億顆。納芯微隔離驅動早期為主驅逆變器上的隔離驅動,一直基于車規體系進行產品研發,因此產品在市場上有不錯的質量口碑。

納芯微是領先的磁傳感器芯片供應商,全球出貨量市場份額Top 4,國內市場份額也非常領先,磁傳感器累計出貨量已經超過了20億顆。其中包括基于霍爾技術的電流傳感器,可應用于服務器電源系統。

從整個市場應用方面來講,納芯微市場大概分為三大塊,分別為汽車電子、泛能源和智能終端。泛能源在營收中占比超過50%。在泛能源業務中,不間斷電源,服務器電源和通信電源等高密度電源產品也是納芯微非常重大的一個市場,納芯微已在服務器電源市場深耕多年。

進入AI時代后,兩個關系發生了重大的變化。一個是功率和算力的關系,一個是功率和功率密度的關系。

首先來看,進入AI時代之后,GPU和算力的演進關系,以A100為例,是400W左右的功耗,算力是312TFLOPS。從A100到H100/H200,再到Blackwell,再到現在的Rubin實現了4PFLOPS的算力和2300W的功率。以單板角度來講,算力翻了大概十幾倍,功率翻了6倍。

進入Rack-Scale時代后,機柜而非單板成為了衡量算力的尺度單元。按照機柜的角度來看算力從最開始的GB200 NVL36機柜的60kW的功率,Rubin Ultra NVL576機柜達到600kW。未來機柜功率會達到1MW以上,機柜功率密度翻了十余倍。

接下來我們再來看AI服務器電源。以PSU為例,當前出貨比較多的AC轉54V的PSU,高度是1U,做到18-33kW功率密度。在過渡階段會有3U高度,110kW的電源產品,功率密度達到36.7kW/U。

800V的PSU,功率密度會漲到50kW/U。在DC轉DC的PSU中,是800V轉54V,功率密度會來到90-120kW/U,相比最開始已經翻了4倍。在未來高壓直通的機柜中,電源可能會歸到板載的800VDC轉中間電壓的級別,樣機功率密度達到了2000W/in³。

從整個供電系統的挑戰來講,在高功率下實現高功率密度,同時還要做到高轉換效率。從電源設計角度來講,針對高功率兩點非常重大的變化,是大家使用了更大規格的功率管,或者是多管并聯結構,處理管子的通流。

另一點就是采用多相的結構,從設計層面角度和輕載層面角度考慮,進行多功率的模塊化的堆疊。

從效率和功率密度的角度,挑戰是比較大的,第一個是高壓化(HVDC),本質是降低銅損、降低銅排體積。第二個點是高頻化,涉及到使用寬禁帶的器件,核心目的就是為了減小整個無源器件的體積。

第三個是使用高的開關速度或者軟開關,目標是為了降低開關損耗,主要為了減小散熱器的體積。減小散熱器的體積還可以從散熱本身做文章,采用液冷散熱,提高散熱效率。最后一個是工程師在做設計的時候,采用器件小型化集成,或者提高PCB的密度,降低PCB的體積。

從整個技術方案來講,除了功率層級以外,在控制鏈路上的所有芯片,都相應的面對新的挑戰。納芯微四類芯片的設計思路:隔離芯片、驅動芯片、采樣&信號處理芯片,以及實時控制芯片。

數據中心供電架構的變化,討論最多的就是高壓化。帶來的最核心的變化,是從安全電壓變成了高壓,涉及到安規,防止人觸電。隔離芯片作為隔離界面上非常重要的芯片,承接安規的要求。最基礎的要求,就是一定能夠滿足高壓化以后,隔離耐壓和安規的要求。

另外是在高頻和高電壓變化的工作環境下,能夠穩定運行,也就是一個非常重要的指標CMTI,共模瞬態抗擾度。保證芯片在高頻跳動的電位節點,兩端的中間能正常工作的最重要的參數。

第三個點是實現低傳播延時,最后是集成驅動/采樣/供電功能,在800V下做絕緣,客戶會選用8mm的器件,如果使用過多8mm的器件,占板面積是非常高的。如果隔離芯片能集成很多功能,就可以實現高密度的設計。

納芯微的隔離技術已經迭代3代,從2017年第1代到2024年第3代。納芯微的隔離技術基于電容隔離,搭配專利的OOK調制技術,隔離技術能夠實現1500Vrms,2121VDC下工作超過30年。

芯片的共模抗擾度實現了150kV/μs典型值,實驗室實測在200kV/μs以上。從數據傳輸速率和實驗來講,數據傳輸速率能達到150Mbps,實驗室做到15ns以下。

基于這套隔離技術,納芯微開發了完整的一站式隔離產品組合,包括數字隔離器、隔離采樣、隔離接口、隔離電源和隔離驅動等一系列產品,以及包括他們的二合一和三合一組合,比如隔離電源和隔離接口二合一,隔離驅動,隔離接口和隔離采樣三合一等產品。

關于驅動芯片,重要的點在于有很強的驅動能力,也就是拉灌電流的能力。核心原因第一個是要驅動的管子越來越大,結電容就大,第二個是開關速度越來越高,需要在更短的時間內對電容完成充放電,需要更高的驅動電流。

第一,CMTI在隔離驅動上非常重要。第二,傳播延時和傳播延時匹配,就是說器件之間的延時一致性,來保證在一個很小的死區內完成驅動。最后,是做功能的集成。

針對HVDC,納芯微提供的寬禁帶器件驅動產品可以分為兩類。

一類是隔離驅動,主要針對碳化硅和硅管。光耦兼容型輸入是電流型輸入,TTL/CMOS輸入是電壓型的輸入。橫軸表示集成了哪些功能,包括UVLO欠壓保護,米勒鉗位,退飽和保護,軟關斷,故障報警,集成隔離ADC和功能安全。

納芯微目前現有的隔離驅動產品,可以良好適配服務器電源的高密度應用。此外,更多針對性、集成化、智能化的產品也在開發中。

第二類是氮化鎵專用驅動,氮化鎵本身導通閾值電壓比較低,容易導致誤開通,大部分應用場景都會做負壓關斷。負壓關斷需要非常多的額外供電電路,對提升功率密度非常不友好。納芯微針對氮化鎵專用的驅動,集成負壓關斷,節省PCB面積。

對于高壓氮化鎵,低壓氮化鎵和不同電流等級的器件,納芯微都推出了專用的驅動芯片。

納芯微針對800V AIDC電源中碳化硅和氮化鎵的柵極解決方案,從設備端來講,做SST和前級整流,或者BBU和CBU。還是說做二次降壓,比如說DCX,板載IBC電源,HSC或者MP BUCK,都有針對性的解決方案。

第三個點是采樣與信號處理芯片,采樣一方面要實現比較高的帶寬,另一方面還是需要高CMTI,第三個需要支持比較高的量程。

納芯微呈現集成式的霍爾電流采樣,在采樣端不需要供電和信號調理電路,副邊直接輸出低壓信號。同步,分享四種常見的在AI服務器電源中的采樣形式,第一種是集成式的霍爾電流傳感器,第二種采用隔離運放+采樣電阻,第三種采用開環電流傳感器模塊,第四種采用電流互感器。

其中開環電流傳感器模塊和電流傳感器在高密度應用下的劣勢點是尺寸比較大,并有磁滯問題。通過對比表,在系統設計時,以功率密度為最高優先級,最適用的方案是集成式的霍爾電流傳感器。單芯片,并且集成保護功能。

以高精度為最高優先級的采樣,適合采用隔離運放加采樣電阻的方案。無論是集成式霍爾傳感器,還是隔離運放加采樣電阻,納芯微都有比較完整的解決方案。

納芯微在霍爾電流傳感器的產品矩陣,橫軸是支持工作的持續電流,縱軸是可以支持工作的持續電壓。針對AIDC的場景,做800V架構的產品,推薦在1550V工作電壓下的霍爾電流傳感器,最高支持50A的持續電流,帶寬最高支持2MHz,支持8mm爬電距離。

對于54V或12V的電源,也需要隔離采樣,納芯微可以提供小體積的產品,支持100A電流的霍爾采樣芯片,帶寬320kHz,采用4*4的封裝。對于SST應用,納芯微也有線性電流傳感器可選,支持200A以上的量程。

實時控制MCU用于控制環節,對實時控制MCU來講,相數多,需要更多的通道數量。還需要非常強的計算速度,在很短時間完成對整個環路的控制。

納芯微具有完整的MCU產品線,具有4個系列,從200MHz單核M7到400MHz雙核M7。產品聚焦電力電子應用場景,對算力,存儲,控制類外設和通信類外設做了全面的增強,產品基于全大陸本土的供應鏈。

納芯微推薦NSSine NS800RT7P65D、NS800RT5039和NS800RT1137/57三款產品品。SST或大功率一次電源,可以使用高算力的7系芯片,內置兩個400MHz的M7內核,再配上兩個400MHz的浮點加速核,支持32路高精度的PWM和40路的采樣通道。中等功率的PSU或者大功率的二次電源,可以考慮5系列芯片,內置240MHz單核,可以實現16路的高精度PWM輸出。小功率板載的IBC可以使用1系列芯片,內置200MHz M7內核。

以上就是納芯微的四個類型的芯片,如何去支持高功率和高功率密度下,電源的技術變化。

在前文介紹的產品矩陣之外,納芯微同樣還提供包括溫度傳感器,信號調理,電壓基準,輔助供電,反激控制器,線性穩壓,熱拔插控制器等系列產品。納芯微在服務器電源應用場景完整的半導體解決方案。

整個服務器電源的半導體解決方案,納芯微可以提供模擬和數模混合芯片,還可提供解決方案定制化服務。