- 高性能GPU/模拟接口设计平台

### 显卡GPU供电设计方案

显卡供电系统的重要性

显卡的供电部分和GPU有着同等的重要性。如果把GPU比作显卡的“大脑”，那么供电部分就是显卡的“心脏”。没有“心脏”作为基础，“大脑”再强大也无法正常工作。强大的GPU需要强大的供电系统去支撑，这也是同芯片顶级显卡和📀平台普通显卡的主要区别之一。简单来说，显卡GPU运行需要合适的电压和电流，而显卡的供电系统的主要作用就是通过调压、稳压以及滤波等工作，让GPU获得稳定、纯净及大小适中的电压和电流。

显卡供电系统的分类及工作原理

显卡上应用的供电系统主要分为三种：三端稳压电路、场效应管稳压电路及开关电路。这三种电路的工作模式都是采取降压工作模式，即输出电压总是低于输入电压。

三端稳压电路是一种比较简单的显卡供电系统，仅需一个集成稳压器即可工作，但可提供的电流很小，不适合用在大负载设备上，因此现在的显卡上主要用于对DAC电路或者接口进行供电。场效应管稳压电路由信号驱动芯片以及MosFET组成，具有反应速度快、输出纹波小、工作噪声低等优点，并且成本较低，但转换效率较低且发热量大，不利于功耗和温度控制，因此多用于显存的供电电路，且主要是低端显卡采用。随着科技进步，这种供电系统已逐渐淡出视野。

目前应用最广泛的显卡供电系统是开关电路。开关电路是控制开关管开通和关断的时间和比率，维持稳定输出电压的一种供电系统，主要由电容、电感线圈、MosFET场效应管以及PWM脉冲宽度调制IC组成。该电路系统发热量低，转换效率高，稳压范围大且稳压效果好。显卡开关电路的工作原理是，PCI-E接口和辅助供电接口提供12V电压输入，经过大电容滤波后进入PWM芯片控制的电路。由于GPU的工作电压约为1.2🔺平台V，因此需要进行降压。PWM控制的MOSFET管通过不断开关操作产生特定频率的波形电压，通过PWM控制好所需要的电压，即可生成需要的输出电压值。得到的电流通过电感储能作用生成倾向于直线型的电压，最后流经小容量电容组成的输出滤波电容，即可输出理想的GPU电压。

多相供电及新型供电技术

虽然从电路工作原理上来讲，开关电路做得越简🈯单越好，因为每个元件都有一个“失效率”，用的元件越多，组成系统的总失效率就越大。但显卡越高端，功耗越高，如果做成单相电路，需要采用适应大功率大电流的元器件，发热量大且成本高。因此，几乎所有的显卡都采用多相供电设计。多相供电可以提供更大的电流，降低供电电路的温度，精确平衡各相供电电路输出的电流，维持各功率组件的热平衡，且获得的核心电压信号更稳定。当然，多相供电的成本更高，对布线设计、散热的要求也更高。

随着人工智能和高性能计算的快速发展，GPU的功耗显著增长。以英伟达的H100芯片为例，其热设计功耗（TDP）高达700瓦。为了应对GPU的高功耗挑战，企业纷纷从传统的12V供电架构转向48V供电架构。48V供电架构能够有效降低电流传输过程中🐸的电阻损耗，提升供电效率。从12V提升至48V供电，电流需求可减少至四分之一，损耗降低16倍。此外，两阶段配电方案成为数据中心电源架构的主流选择，第一阶段将48V直流电降压至12V，第二阶段通过电压调节模块（VRM）将12V进一步转换为适配GPU等芯片运行所需的低电压。在GPU供电的第二阶段，多相控制器与DrMOS（集成式功率级模块）的组合已成为最主流的供电方案。

除了传统的供电方案，还有一些创新技术正在被探索。例如，英飞凌在APEC 2025上提出了一种3D PCB结构，通过在PCB内部直接放置die来提高整体的功率密度，这种方式在寄生参数的减少和散热上表现优异。虽然成本较高，且加工和可靠性上需要进一步探索，但为显卡GPU供电设计提供了新的思路。

显卡GPU供电设计方案是一个复杂而关键的话题，涉及多种技术和方案。通过了解供电系统的重要性、分类及工作原理，以及多相供电和新型供电技术，我们可以更好地理解显卡的性能和选择。随着技术的不断进步，未来显卡GPU供电设计将会更加高效、稳定和可靠。