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数据中心电力架构低压侧DrMOS:市场趋势与企业画像

09/07 11:56
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一、数据中心电力架构低压端的DrMOS是什么?

DrMOS是Driver MOSFET的缩写。典型器件把半桥栅极驱动器、高边MOSFET和低边MOSFET集成在同一封装中,由外部多相PWM控制器指挥,再通过电感电容形成同步降压的一相。它既不是完整电源模块,也不等于多相控制器;DrMOS承担的是“把控制信号变成低损耗大电流”的功率级功能。Intel在2004年前后推动了DrMOS规范,现代主流封装多集中于5×5 mm或5×6 mm。集成缩短了驱动回路,减少寄生电感和导通损耗,使器件能够靠近负载布置。

图1  DrMOS结构示意图,引用:ASRock公司

图2  DrMOS电路结构示意图,引用:Alpha&Omega Semiconductor公司AOZ5317NQI技术白皮书

数据中心而言,DrMOS主要位于板级供电的最后一级。上游电源架构可能从交流输入经过UPS、PSU和48V/12V中间总线,也可能在下一代800V直流架构中先转换到6V;但靠近CPU、GPU、ASIC和内存的最后一步仍需把母线降到通常低于1V、却达到数百至上千安培的核心电压。Infineon明确将集成功率级用于AI、服务器、存储与通信设备的CPU/GPU/SoC/ASIC/内存电源轨;TI在与NVIDIA共同展示的800V架构中,也把6V至低于1V的多相降压列为GPU核心供电末级。

1.从器件参数到系统能力

一套多相VRM由控制器、若干相DrMOS、输出电感和电容构成。各相错峰开关,让每颗DrMOS分担一部分电流,并降低输入/输出纹波。相数增加可以提高总电流能力、减轻单相热负荷并改善瞬态响应,但会提升相间均流、采样、布局和控制算法的复杂度。高端智能功率级还会输出电流与结温遥测,并集成过流、过温、欠压、高边短路等保护。

DrMOS的效率优势来自三处:一是驱动器与MOSFET之间的互连更短,寄生电感更低;二是高低边MOSFET可围绕低占空比同步Buck工况协同优化;三是封装引脚、铜夹和散热路径可针对大电流设计。代价则是热源高度集中、封装内多芯片匹配难度提高,任何死区时间、开关节点振铃或电流采样误差都会在几十相并联时放大。

关键判断:DrMOS的竞争不只看额定电流。真正决定AI服务器能否量产的是:全负载效率、跨温区电流精度、瞬态恢复、热阻、封装寄生、保护协同,以及与多相控制器和主芯片调压协议的整套验证。

2.数据中心中DrMOS的应用、性能需求与技术挑战

在通用服务器中,DrMOS主要服务CPU Vcore、SoC、DDR和部分加速卡电源轨;在AI服务器中,GPU/NPU/ASIC功耗更高,单颗加速芯片常需十几相到数十相,多GPU系统把DrMOS用量放大到百颗级。2023年的公开拆解测算显示,8卡A100服务器相较普通服务器可新增约128颗大电流DrMOS,新增多相电源价值量超过300美元;这一数字不能直接外推至所有平台,但说明AI服务器会同时提升“用量”和“单颗性能等级”。

性能需求首先是高电流密度。国际主流智能功率级已覆盖90A:Infineon TDA21590支持90A、最高1.5MHz;Renesas ISL99390为90A智能功率级;MPS的新一代产品延伸至90A、100A并出现双相集成。其次是快速瞬态。AI芯片负载可在极短时间内大幅跃迁,VRM必须在有限电容下抑制电压跌落和过冲。再次是热与可靠性:5×5/5×6 mm封装承载数瓦损耗,冷板、PCB铜层、焊点和温度遥测共同决定持续输出能力。最后是系统可观测性与保护,电流/温度回报必须足够准确,才能支持均流、功耗管理和故障隔离。

技术挑战集中在四个矛盾:更高开关频率有利于缩小磁性器件,却增加开关损耗和EMI;更小封装提升功率密度,却压缩散热面积;更多相数提高总电流,却放大控制与采样误差;更低核心电压改善芯片能效,却让允许的电压偏差更窄。TLVR、耦合电感、双相功率模块、6V中间母线和垂直供电都在改变系统边界。它们不会立即淘汰DrMOS,而是推动DrMOS向更低寄生、更精确遥测、更强热路径和更紧密封装协同升级。

国产DrMOS的优势是供应链安全、本地平台适配、成本与工程响应,且杰华特、晶丰明源、矽力杰等公司已同时布局多相控制器和功率级,具备形成套片方案的条件。短板则包括全球CPU/GPU平台认证积累较少、在极端负载和全温区下的长期一致性数据有限、90A以上产品矩阵与双相/先进封装布局不够完整,以及数字控制器固件GUI、参考设计和现场支持生态仍需补齐。

二、市场空间:AI服务器成为增长主引擎

SNS Insider的AI Server DrMOS Power Chip Market数据显示,全球市场2024年为2.9606亿美元,预计2032年达到9.7557亿美元,2025–2032年复合增速16.12%。该统计聚焦AI服务器DrMOS功率芯片,并按<50A、50–80A、>80A及服务器类型划分,是目前与数据中心低压侧DrMOS较为接近的公开口径。

表1 全球DrMOS市场公开研报口径对比。不同机构对产品范围和应用边界的定义不同,不宜直接横向相减或据此反推中国市场。

QYResearch对全应用DrMOS的统计给出更大的基数:全球市场2024年为12.20亿美元,预计2031年达到25.01亿美元,复合增速10.7%。Mordor Intelligence对单片式DrMOS的口径则为2025年23.20亿美元、2031年40.70亿美元。两组广义数据包含消费电子、汽车和工业等应用,不能直接替代AI服务器专项市场,但共同指向DrMOS持续扩张的行业趋势。

对中国市场而言,AI服务器与国产算力平台扩张、高电流等级升级,以及供应链安全诉求,将共同抬升本土DrMOS需求。由于中国占全球AI服务器DrMOS的份额、国产化率和平均售价尚缺少一致的公开数据,判断市场机会时,更应关注头部客户导入、服务器平台认证、批量收入与高电流产品占比等可验证指标。

口径提醒:2.9606亿美元是全球AI服务器DrMOS市场,不是中国市场;12.20亿美元是全球全应用DrMOS市场。两者范围不同,均不能直接按服务器出货份额机械折算为中国市场。

三、中国DrMOS产业格局与企业画像

中国DrMOS产业正在从“单点器件突破”转向“多相控制器+DrMOS+POL/eFuse”的平台竞争。第一类是已有大电流量产和头部客户记录的综合模拟芯片厂;第二类是掌握低压MOSFET、BCD工艺与封装的IDM;第三类是从PC/消费电子进入服务器的新产品厂商。就公开证据看,90A已不再是国外独占参数,但能否在AI服务器主板上长期量产,仍需结合客户验证、良率、热一致性和系统支持判断。

1. 杰华特(JoulWatt)

公司简介:虚拟IDM模拟芯片公司,产品覆盖计算与存储、通信和汽车。

主要产品:2025年报披露90A大电流DrMOS已在行业头部客户侧量产,并提供多相控制器与智能功率级组合。

核心技术:自有工艺与DC-DC控制技术,强调效率、可靠性、电流精度和温度采样。

市场竞争力:在国产厂商中量产证据较强,并具备PC/服务器完整电源方案;高端AI平台公开客户仍有限。

2. 矽力杰(Silergy)

公司简介:覆盖服务器、数据中心与汽车电源的模拟芯片供应商。

主要产品:SY26670NGG为16V/70A DrMOS,5×6 LGA封装,最高2MHz,适配CPU、GPU、ASIC和服务器。

核心技术:集成去耦、电流/温度回报及可编程峰谷值保护,另有多相控制器产品。

市场竞争力:产品参数完整、数据手册公开,具备套片能力;高端AI服务器规模量产信息仍需更多披露。

3. 晶丰明源(BPS)

公司简介:从LED电源扩展至高性能计算DC/DC平台。

主要产品:公开DrMOS型号覆盖50–90A,包括BPD80590、BPD80690E等,并配套最多16相数字控制器。

核心技术:低压BCD、数字控制、封装阻抗优化、TLVR/耦合电感支持与多协议适配。

市场竞争力:产品矩阵和控制器协议覆盖较突出;从样品/导入到服务器大批量出货仍是关键观察点。

4. 圣邦股份(SGMICRO)

公司简介:国内综合模拟芯片龙头,2026年进入高电流智能功率级。

主要产品:SGM25890为16V/90A DrMOS,最高1.5MHz,5×6 TQFN,支持CPU、GPU与DDR。

核心技术:片上MOSFET电流检测、8mV/℃温度输出、逐周期OCP、高边短路与Body-Braking。

市场竞争力:单颗参数已对齐国际90A级产品,综合模拟产品和渠道基础强;服务器平台量产履历尚待验证。

5. 南芯科技(Southchip)

公司简介:从充电与电源管理扩展到工业计算和算力芯片供电。

主要产品:SD13050为22V/60A DrMOS,配套双路四相控制器SD22442,支持5–16V输入和双电压轨。

核心技术:强调单die集成路径、高精度ZCD、DCM与主动切相,兼顾轻载效率和方案灵活性。

市场竞争力:推出时间较新,系统级方案完整且本地支持强;电流上限和服务器批量验证仍处爬坡期。

6. 华润微电子(CR Micro)

公司简介:具备晶圆制造功率器件、功率IC和封装协同的IDM。

主要产品:AI服务器板级方案推荐CR6655 DrMOS与PT18208多相控制器,并覆盖POL、Si、SiCGaN器件。

核心技术:低压MOSFET、BCD、封装与制造一体化,有利于器件—工艺—封装联合优化。

市场竞争力:2026年披露部分AI服务器产品已向海内外头部客户批量供货;具体DrMOS电流与客户占比披露有限。

四、从英伟达供应链看国际DrMOS市场格局

NVIDIA不公开完整DrMOS物料清单,因此观察供应商格局时,需要区分官方合作、硬件拆解、供应链研究与市场传闻。公开研究对H100/Blackwell代际反复出现的核心名字是MPS、Infineon与Renesas;GB300/B300测试阶段又出现AOS。2024年,SemiAnalysis将GB200相关低压供电的主要份额厂商概括为MPS、Renesas和Infineon;郭明錤的供应链调查显示,GB300/B300曾同时测试AOS 5×5和MPS 5×6 DrMOS,后续又称AOS成为主供应商、MPS为第二供应商。这些信息反映了候选格局和多源采购趋势,但并不等同于NVIDIA官方BOM。

MPS的优势是控制器与Intelli-Phase功率级协同、从70A到100A及双相产品的宽矩阵,以及长期服务器量产经验。Infineon通过OptiMOS器件、90A智能功率级、先进封装和系统级电源架构占据高端位置,并已加入NVIDIA MGX/800V生态。Renesas拥有90A SPS与数字多相控制器套片,强调跨线电压、负载和温度的电流检测精度。AOS则以低压MOSFET和5×5 DrMOS封装见长,并推出符合NVIDIA OVR4-22的控制器;其进入GB300供应链同时也显示,高功率密度下的热验证是决定份额的核心门槛。

表2  国内外DrMOS竞争要素对比(基于厂商官网、产品手册及公开供应链资料整理)

对国内厂商而言,突破路径不是简单复制一颗90A DrMOS。更现实的顺序是:先在国产CPU/GPU和服务器平台建立规模量产记录;再以控制器+DrMOS+参考设计缩短客户验证;随后补齐跨温区遥测精度、双相/顶部散热封装和TLVR/垂直供电能力;最后通过全球服务器ODM和主芯片平台认证进入国际供应链。短期看,国产化最大的确定性来自中国服务器市场和供应安全诉求;中长期的胜负,则取决于系统级协同能否把“参数可比”转化为“平台可量产”。

结论:中国DrMOS已经从50–70A样品竞争进入90A与成套方案竞争,但高端服务器市场仍由国际厂商主导。未来五年最有价值的公司,不一定是单颗额定电流最高者,而是能够同时交付多相控制、智能功率级、封装热设计、验证工具和稳定量产的系统型供应商。

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