AI服务器硬件攻坚战，从时钟缓冲到电容，解决功耗、带宽、散热难题

电子发烧友网报道（文/李弯弯）AI服务器是 专为人工智能工作负载设计和优化的高性能计算系统，其核心作用是为机器学习、深度学习、大模型训练与推理等任务提供强大的算力支撑和高效的资源管理。AI服务器市场前景广阔，全球AI服务器预计2023年市场规模将达到1500亿?2000亿美元，复合年增长率约为28%-32%。

随着AI技术的快速发展，AI服务器的需求持续上升，这对上游的芯片、电子元器件厂商来说是机会也是挑战。在上周的慕尼黑上海电子展上，多家公司展出AI服务器相关的创新产品和方案，如SILERGY（矽力杰）、帝奥微、上海永铭等。

矽力杰多通道时钟缓冲器方案优化AI服务器主板布局

SILERGY（矽力杰）可以为AI服务器的主板、电源模块、光模块、以太网卡、GPU、NAND、DIMM等多个模块提供相应的产品和解决方案。如矽力杰的PCle时钟缓冲器SQ82100、温度传感器SQ5291、功率监控器SQS2201/5/6等可以为AI服务器的主板提供服务。

PCIe接口常用于服务器和高性能计算系统的高速数据接口，经过多年发展，PCIe接口已经从PCIe Gen1(2.5GT/s)演进到如今的PCIe Gen6(64GT/s)，在个人计算机、服务器、工作站、辅助驾驶等电子设备终端中被广泛应用。

PCIe接口的参考时钟为100MHz的差分 HCSL/LP-HCSL 电平信号。最为常用和可靠的时钟架构是Common Clock Architecture (CC)，即使用单一的时钟缓冲器为多个PCIe终端设备提供点对点的参考时钟。

SQ82100是SILERGY 2023年推出的一款多通道时钟缓冲器方案，提供20路超低附加抖动的LP-HCSL参考时钟，输出差分阻抗为85Ω。SQ82100高集成的输出端口可以节省外部匹配的80个终端电阻从而优化PCB布局。内部集成OE，SMBus以及3线SBI (Side Band Interface) 功能以方便控制打开或关闭任何通道，调节输出信号幅度、阻抗及默认下电电平。



矽力杰数字电源控制器SQ51103、80V电流检测运放SQ52132/SQ52131可以用于AI服务器的电源模块。

数字电源，是以数字技术实现电源的控制，如电源电压电流采样(ADC)、环路运算(PID)、PWM输出和故障保护。同时，MCU搭配PMBus、UART等通信外设，可以实现电源的在线监测、远程控制、在线下载等功能。

相较于模拟电源，数字电源的集成度更高，而系统并不随功能模块的增加而复杂化，外围器件较少，且不存在器件误差、老化、温度影响等问题，更有利于获得稳定一致的控制参数，同时也更易于实现非线性控制，改善电源的瞬态响应能力。

针对服务器电源、通信电源对高功率密度的要求，矽力杰此前推出了高集成度的数字电源控制器SQ51103。芯片集成有灵活、可配置的高速硬件环路外设，包括模拟前端外设(AFE)，数字PID和DPWM模块，以实现多种隔离DC-DC电源与AC-DC电源的高速控制。同时，SQ51103包含62.5MHz的Cortex-M4的数字核，以及SARADC, PMBus/I2C, UART,Timer, PWM, Capture等多个通用外设，方便实现电源信号的监测和通信。

除此之外，矽力杰在AI服务器的光模块、以太网卡、GPU、NAND、DIMM等部分也有相应的产品可以提供服务，如光模块部分有16/12bit8ch电压数模转换器SQ82968/SQ82928、精密电流检测运放SQ52102；以太网部分有以太网ESDSYS11U03AMC/SYS14L02DHC；GPU部分有PLD/时序控制SY33518C、功率监视器SQ52205等。

帝奥微创新产品支持芯片级联系统扩容，解决信号衰减问题

帝奥微针对AI服务器应用推出了多款产品，如DIO74812系列、DI3PCIE350、DIO36812等。DIO74812系列是国内首款13CHub，多达8个target接口，支持芯片级联系统扩容，解决了信号衰减问题；SMBus agent模式隔离13C和I2C网络，可以同时运行不同的网络，提升网络效率。

随着AI服务器算力的不断提升，PCIE接口数量和内存访问速率急剧增长，由此PCIE和内存的控制接口升级为I3C。I3C(Improved Inter-Integrated Circuit)是I2C(Inter-Integrated Circuit)的升级版本，旨在提升速度、效率和灵活性，同时降低功耗。I3C针对DIMM模块管理、多节点存储系统、智能传感器网络等场景提供一站式解决方案，将推动在云计算、5G基站、嵌入式系统、工业自动化、物联网等领域的规模化应用，并在大数据交互，例如AI计算，嵌入式机器人系统中有着广阔前景。



DI3PCIE350集成4个2选1开关，每个开关的信号带宽高达11GHz，支持多个PCIE板卡之间的切换。

服务器作为互联网的综合业务服务平台，承载着为客户机提供计算、存储等关键应用服务的重任。在云计算、5G、人工智能等高科技行业迅猛发展的推动下，服务器市场需求呈现出爆发式增长。大模型不断发展，更是将服务器推至聚光灯下。大模型的应用通过大量数据存储于服务器中，再利用大规模预训练语言模型从数据库中筛选最优结果，对服务器的算力和存储提出了严苛挑战。

帝奥微创新推出的DI3PCIE350，成为国内首款专为服务器设计的PCIE3.0开关。这款产品以其宽范围的工作电压1.5V至5.5V和高达11GHz的带宽，完美适配PCIE3.0高速信号的切换需求。

在高速信号传输的领域中，眼图被视为衡量信号完整性的关键指标。眼图的清晰度反映了信号传输的准确度，而一个张开的眼图则意味着更高的传输质量。它允许系统设计时更大的线损和寄生电容容限，从而提升了布局和走线的灵活性。帝奥微的DI3PCIE350开关在这方面表现出色，即使在10Gbps的高数据率下，仍能维持出色的眼图效果。

叠层高分子固态铝电解电容器创新解决AI服务器网关痛点

在此次展会上，上海永铭展出了AI服务器电源和备用电源BBU的相关产品，如叠层高分子固态铝电解电容、导电高分子钽电解电容、多层陶瓷片式电容器。

在这个信息爆炸的时代，服务器网关作为数字世界的交通枢纽，承载着连接世界的重任。高性能处理器、大容量内存以及高速网络接口等硬件的升级，使得网关能够处理更加复杂的网络任务。同时，高可靠性和高稳定性也成为网关技术的核心要求，以确保在恶劣的网络环境下仍能保持稳定的运行。

然而，现有的服务器网关在电源管理、滤波能力、散热性能以及空间布局等方面仍存在着诸多痛点。电源波动和纹波噪声的干扰，可能导致网关性能下降甚至故障；散热不良则可能引发过热问题，影响网关的可靠性和寿命；而紧凑的空间布局则对元器件的集成度和体积提出了更高的要求。

基于这些痛点，叠层高分子固态铝电解电容器为服务器网关提供可靠的解决方案以保证卓越的性能。叠层高分子固态铝电解电容器具有四大显著优势：超低ESR：ESR可达到3mΩ以下，确保平滑电源中的电压波动，降低电源噪声，提供稳定的电力供应，确保服务器网关的正常运行；宽温稳定：优良的温度稳定性和较长的使用寿命，适合在数据中心、网关等高温环境中使用；超小型、薄型化：保证PCB空间极致利用；高容量密度：在瞬时负载变化时提供快速的能量支持，确保网关内部电源系统不会因电压下降而出现故障。



上海永铭展出了两款适用于AI服务器的叠层高分子固态铝电解电容器MPD19和MPD28。MPD19，高耐压设计，适用于对电压等级有较高要求的网关应用，确保电源系统的稳定性和可靠性；MPD28，适用于对电容值要求较高且空间有限的网关场景，具有超高的容量密度和稳定的性能表现。

除此之外，上海永铭也展出了适用于AI服务器备用电源BBU的产品方形锂离子超级电容器和锂高子超级电容模组。方形锂离子超级电容器SLF系列具有-30°C-+80°℃，100万次循环寿命，六年以上使用寿命的特性，快速响应大电流条件下的电压波。锂高子超级电容模组SLM系列具有-30°C-+80°℃，100万次循环寿命，六年以上使用寿命的特性，相比传统UPS，可以帮BBU体积减少50%-70%；重量减经50%-60%；充电速度提升5倍。

总结

可以看到，在AI技术飞速发展的背景下，以及大模型的不断出现及应用，AI服务器在技术上面临诸多挑战，如要求更大的算力、更高的存储、更快的速度、更低的能耗、更紧凑的空间等等，面对这些技术挑战，产业链企业都在创新型地推出相应的解决方案，来满足AI技术发展提出的新需求，共同推进科技发展的持续进步。