用于 AI 数据中心的 DC/DC 转换器：应对空间和散热挑战

生成式 AI 已将数据中心转变为 AI 工厂，其性能直接取决于计算密度，进而也取决于单个机柜所能容纳的功率密度。目前，尖端的 GPU 单卡功耗已突破 1 kW。这导致机柜功率密度常规达到兆瓦级别，远超传统配电、转换和散热方案的能力范围。单纯强制风冷已无法应对；运营商正加速采用液冷和混合冷却方案，因为低效电源转换产生的额外热量会显著推高冷却成本。换言之，上游转换效率每提升哪怕零点几个百分点，都能带来双重回报：一是节约了瓦特数，二是减少了需要散除的瓦特数。

为此，业内果断做出架构性转型，转向使用高压直流 (HVDC) 配电和多级 DC/DC 电源转换。从 48 V 机柜转向 ±400 V 或 800 V 直流配电，可大幅降低铜材用量和 I²R 损耗。最后再将 HVDC 转换为 48 V，让用户沿用现有的 48 V 总线架构，然后通过将配电板和母板进一步降至 12 V，最后再使用电压调节器降至 AI 处理器所需的次级电压轨。

为何三级 DC/DC 转换在 AI 工作负载中更具优势

从 HVDC 到中间总线转换器 (IBC)，再到垂直供电或近内核电压调节，三级转换已成为超大规模和 AI 部署的事实蓝图（图 1）：

1. HVDC 配电（±400 V 或 800 VDC）
   • 将母线中的电流降至最低，从而大幅减少铜重和传导损耗。同时，也为业界路线图中已清晰可见的 >100 kW 机柜和兆瓦级集群做好了准备。
2. 中间总线转换（48 V → 12 V 或 13.2 V 或 6–7 V）
   • 中间总线转换器 (IBC) 为实现高效的负载点调节奠定了基础。选择 4:1 (≈ 12 V) 还是 8:1 (≈ 6 V) 是一个策略性权衡：在相同功率下，4:1 方案相比 8:1 能将本地总线电流减半，从而在多相电压调节模块 (VRM) 之前提供更大的布局自由度和更低的配电损耗。当电路板需要非常接近负载的极低总线电压时，8:1 方案更具优势，但要求 VRM 必须布局得更加靠近负载，以避免 I²R 损耗惩罚。
3. 垂直电力传输 (VPD) / VRM
   • 数百安培至超过 1000 A 的电流轨在距离内核数英寸甚至数毫米处供电，通常从封装下方引入，以最小化寄生参数和 IR 压降。正是在此级，应对由 GPU/AI 瞬态负载驱动的动态负载阶跃，实现低于 1 V 的电压精准调节。

各级转换效率的累积效应至关重要。鉴于 AI 机柜功率已超过 250 kW，端到端效率即使提升不到 1-2 个百分点，也能消除数千瓦的热量。若计入冷却成本，每年可为每个机柜节省数万美元。

图 1：三级功率转换。（图片来源：Flex Power Modules）

新一代高密度、高效率 IBC 介绍

lex Power Modules 提供一系列专为 AI 数据中心优化的产品组合：高功率密度、高效率、数字控制 (PMBus) 以及统一的封装尺寸，能够让客户自由扩展，而无需重新设计电路板布局。

1. 固定比率 4:1 中间总线转换器

BMR316- 1 kW 非隔离式、4:1 非稳压 IBC

• 输入 38-60 V → 输出 9.5-15 V
• 非稳压 4:1 比例
• 连续功率 1 kW，峰值功率 2.8 kW（BMR313 的后续型号）
• 在 50% 负载（54 V 输入）条件下，效率高达 97.7%
• 超小型 LGA 封装: 23.4 × 17.8 × 7.65 mm；针对冷板安装或液冷优化
• 支持 PMBus 遥测；可与 Flex Power Designer 软件集成；https://flexpowermodules.com/flex-power-designer

该产品面向空间受限的 AI 加速卡，可在不牺牲峰值瞬态效率的前提下，提供 12–13.5 V 中间总线电压。

图 2：Flex Power Modules 的 BMR316。（图片来源：Flex Power Modules）

2. 稳压型 48/54V 至 12V 四分之一砖模块

BMR352 — 2 kW 非隔离、稳压 12V 中间总线转换器（1/4 砖）

• 输入 40-60 V，输出 8-13.2V
• 连续功率高达 2 kW，峰值功率 3 kW
• 峰值效率约 98%，支持 PMBus 和有源均流并联
• 标准四分之一砖封装，便于散热与机械集成

应用场景：为需要在宽负载动态范围内保持严格电压容限的主板和 sled 提供稳压的 12 V 电源轨。

图 3：Flex Power Modules 的 BMR352。（图片来源：Flex Power Modules）

3. 固定比率 8:1 中间总线转换器

BMR323 — 非隔离、数字控制、固定比例 8:1

• 输入 40-60 V → 输出 5.0-7.5 V
• 非稳压 8:1 比例
• 目标：600 W 连续功率，1.2 kW 峰值功率
• 在 50% 负载（54 V 输入）条件下，效率高达 97.8%
• 非常适合用于为内存和辅助负载（可从 8:1 拓扑结构获益）供电的 6–7 V 中间电压轨。

图 4：Flex Power Modules 的 BMR323。（图片来源：Flex Power Modules）

为冷却方式转型而设计

随着液冷的普及，电源模块必须与冷板、冷却液分配单元 (CDU) 和歧管管路协同工作。从风冷到直触芯片冷却和浸没式冷却的转变将持续，但在混合冷却解决方案中，风冷仍将承担约 20% 的散热任务。因此，模块效率依然至关重要。每个转换器减少 10–20 W 的损耗，累积到机柜级别就是数千瓦的差异，从而减轻泵和冷却器的负载。Flex Power Modules 的稳压型四分之一砖和紧凑型 LGA 模块在其最佳工作点效率接近 98%，正是为了在此新环境中成为优秀的“热管理公民”而设计。

在 AI 基础设施中，现在电力已成为决定性的制约因素。未来的赢家将是那些能为每个机柜单元提供更高算力的架构，其秘诀不在于简单堆砌功率，而在于采用更智能、更密集、散热效率更高的供电方案。以高效率中间总线转换器 (IBC) 和近内核稳压为核心的三级 DC/DC 转换，正是实现这一目标的关键路径。随着 BMR316、BMR352 和 BMR323 的上市，以及有望提供更高功率等级和更大转换比（如 8:1）的新解决方案的开发，Flex Power Modules 提供了一个无缝的升级路径，助力用户实现更高的功率，而无需牺牲电路板空间或散热余量。