过去这些年来，我们看到微处理器的功率需求直线上升，从90年代初还不到10W的水准，猛增至最新Pentium 4世代的100W左右，而且随着产品世代不断交替，它们的功率消耗还可能继续增加；虽然10W功率消耗并不值得担心，但100W却会让芯片产生更多热量，温度之高就像是一张加热铁板。若我们继续依循摩尔定律，为了增加更多功能和提高时脉速率，而平均每隔18至24个月就让微处理器芯片的逻辑闸速度加倍，这个问题很快就会像雪球般越滚越大。要阻止微处理器温度继续攀升，合理做法是降低它的工作电压，这也是英特尔在它的产品发展蓝图中所描述的策略，因此未来微处理器的工作电压将继续降低，从目前1.3V下降至2010年的0.6V左右（图1）。为实现此目标，明日处理器需要更强大稳压器，它们必须有能力在0.6V输出电压下提供200A电流，同时提供5-10 mV稳压能力和高达100A/nS转换速率。
速度高达数个GHz的新处理器有着非常严格的电源需求，使得直流电源转换器研发人员必须面对困难挑战；要满足这些新需求，我们对电源管理的思维必须做大幅调整。就实质而言，这些需求迫使我们必须为电源管理建立新典范（paradigm），它必须从系统观点出发，把所有DC-DC转换器技术整合成一套协同设计（co-designed）的解决方案。要让系统发挥更强大工作效能，就必须深入了解控制器结构、离散式功率组件、闸极驱动器、封装和机构布局；但除了获得更高转换效率外，若要管理最后的热应力（thermal stresses），那么在考虑散热／机构设计需求时也必须配合操作条件，例如开关频率，以及「把热量平均分散」的功率分布策略。要处理极端快速的瞬时响应，就需要控制技术的并行发展、被动零件的选择与发展、以及整个电路的设计和布局，但除非我们深入瞭芯片和系统的设计及优劣取舍，并同时克服这些关键技术障碍，否则我们很难满足下个阶段的DC-DC转换器效能、成本和功率密度要求。
到目前为止，对于效能的追求主要集中在独立变量最佳化，例如个别零件、高效能封装和控制器结构；长期以来，International Rectifier就是这些领域的领先发展厂商，不但很快了解这些问题的影响，也迅速拟定适当策略，在需求出现前即先完成实际产品。单是在过去18个月里，这项做法就使IR成功为GHz处理器发展出高效能功率MOSFET晶体管，并提供90%以上的转换效率；另外，IR还完成一系列称为iPOWIR的高整合度建构方块，不但大幅减少零件数目，降低寄生参数效应，还能在多相位或单相位的电路拓朴中，排除更高开关频率时的不必要导线损耗。除此之外，它也衍生出DirectFET等多种先进封装，免除引线架、打线接合和压模作业，使得MOSFET至周围环境的电力或热传送几乎能达到最高理论值。DirectFET封装支持双面散热，使得标准SO-8封装功率晶体管的电流承载能力得以加倍，最新控制技术也已发展完成，可以提供更快的瞬时响应和更良好的输出电流和电压控制能力。虽然这些都是很重要的创新，但它们的进步仍只限于单一面向，很可能无法实现更大突破。
现在，我们必须超越这些发展成果，克服新世代更高速处理器所带来的全新挑战，今天的进步还不算是完整全面，要利用它们解决明日的问题也会有许多困难；举例来说，厂商正在发展下个世代的64位高阶服务器，预计会在2005年左右出现，它们必须采用多处理器架构，每颗处理器在1V工作电压时需要130A电流 - 要满足这些新世代处理器的需求，就必须采用两级的电源转换电路，才能产生适当的负载点电压和电流，这包括一个隔离式前端DC-DC转换器，负责接受48V未稳压输入电源，再产生12V的中间电源，然后把此12V电源送至负载点的多相位降压转换器，由它产生处理器所须的1V电源（图2）。
虽然厂商已完成许多发展成果，但它们都是以目前的处理器世代为目标，这类产品工作电压1.5 V，电流需求约80A；明日的问题却非如此，它们必须在更低工作电压下供应更大电流，同时具备更精准的稳压能力和更快速的瞬时响应，因此今日的成果并不适合明日的需求，反而会带来成本昂贵的隔离式大型前端，不但须处理170W功率，还会导致电流密度大幅降低，总系统电源转换效率下降超过5%，零件数目也会爆增。在64位服务器中，每颗处理器在1V工作电压时的电流需求为130A，必须使用两个3相位稳压器模块，每个相位的工作频率为300 kHz，这会导致零件数目增加，电路板布局也更复杂 - 毫无疑问的，这表示系统成本将大幅攀升。较低转换效率代表更多功率消耗，也就是更多的产生热量和散热管理问题；很明显的，业界是不可能容忍这种趋势。
相较之下，若能在即将来到的64位服务器中采用明日整合式协同设计所完成的解决方案，即可把效能提升至前所未有的新水准。举例来说，结合新技术可让整体系统效率增加超过10%，电流密度至少可以提高三倍；此外，零件数目也将大幅减少，不但系统成本可降低超过35%（参考表1），电路板布局将更简单，可靠性也会提高。64位高阶服务器还只是应用之一，凡是采用这些速度高达数GHz处理器的计算机都需要同样的策略，这包括桌上型、膝上型和其它工作站。要让这些优点付诸实现，就必须同时考虑和发展系统拓朴、控制方法、闸极驱动机制、被动零件的选择与最佳化以及功率组件的发展，同时搭配散热／机械结构的创新和更多选项（图3）。
为实现此目标，IR正在同时发展多颗功率组件，未来两年内，控制和同步FET的效能都会比目前最佳产品还提高四倍；事实上，功率MOSFET是功率损耗的最大来源，也是改善功率密度的最佳目标，通常它们都用于降压拓朴的负载点电源转换器，这表示高端有一颗控制FET，低端是同步FET。传导损耗对于同步FET很重要，开关损耗则在控制FET中很重要，要达成新目标，自然须同时改善这两颗组件。因此在控制FET端，目标是在未来两年内将开关的优值（figure of merit）RDS(on)  QSW（m-nC）提高将近六倍；至于在最重视单位面积导通阻抗的同步FET端，根据产品发展蓝图，它会在同样期间内将优值提高四倍。在此同时，目前最先进的封装技术，例如DirectFET，也必须提升至更高效能水准，以便支持更快更好的芯片（图4）。
新的前级设计观念应将整个电源转换程序列入考虑，使厂商能以更低成本发展更轻薄短小的解决方案；事实上，以48V变压器为基础的新转换器确有其必要，但不一定需要完全隔离、精准稳压和闭回路控制技术，它们投入实际应用后，将会大幅改写所须的直流转换效率、系统成本和功率密度。
此外，厂商也正为第二级电路发展新的控制器拓朴，让多相位负载点降压转换器设计提供可延展性和工程师需求殷切的弹性。目前的多相位解决方案有很多缺点，例如可延展性和弹性都很差、电流感测精准度不佳或很复杂、而且只能支持高工作频率，这使得它们的应用受到很大限制；新拓朴将允许使用者根据微处理器的实际需求，增加或移除一个相位，也可选择相位数目、每个相位的电流和开关频率，使得工程师享有更大的设计弹性。简言之，它允许设计人员做出最佳取舍，包括成本、体积和效率在内，进而提供芯片面积更小、电路板布局更简单、成本最低的多相位解决方案。
透过从全系统出发的设计方式，这些创新的控制器拓朴即可利用功率组件设计的各种深入技术知识，大幅加强它们在更高工作频率时的功能；由于在更高频率时，零件间的互动将成为主导因素，寄生参数所占的功率损耗也会更大，因此除了这些成果外，还必须进一步提高iPOWIR功能整合度，才能满足未来的新挑战。iPOWIR发展蓝图计划把前述技术创新的所有优点加入功能建构方块，进而将DC-DC电源转换提高至前所未有的新水准。从现在开始，工程师可在高达2 MHz的工作频率下，把整体系统效率和电流密度提升至更高水平。
透过系统架构、控制器、驱动器、功率组件以及散热／机构设计的同时创新，IR正在开辟一条路径，协助工程师克服下一代微处理器的DC-DC电源转换器设计挑战。
速度高达数个GHz的新处理器有着非常严格的电源需求，使得直流电源转换器研发人员必须面对困难挑战；要满足这些新需求，我们对电源管理的思维必须做大幅调整。就实质而言，这些需求迫使我们必须为电源管理建立新典范（paradigm），它必须从系统观点出发，把所有DC-DC转换器技术整合成一套协同设计（co-designed）的解决方案。要让系统发挥更强大工作效能，就必须深入了解控制器结构、离散式功率组件、闸极驱动器、封装和机构布局；但除了获得更高转换效率外，若要管理最后的热应力（thermal stresses），那么在考虑散热／机构设计需求时也必须配合操作条件，例如开关频率，以及「把热量平均分散」的功率分布策略。要处理极端快速的瞬时响应，就需要控制技术的并行发展、被动零件的选择与发展、以及整个电路的设计和布局，但除非我们深入瞭芯片和系统的设计及优劣取舍，并同时克服这些关键技术障碍，否则我们很难满足下个阶段的DC-DC转换器效能、成本和功率密度要求。
到目前为止，对于效能的追求主要集中在独立变量最佳化，例如个别零件、高效能封装和控制器结构；长期以来，International Rectifier就是这些领域的领先发展厂商，不但很快了解这些问题的影响，也迅速拟定适当策略，在需求出现前即先完成实际产品。单是在过去18个月里，这项做法就使IR成功为GHz处理器发展出高效能功率MOSFET晶体管，并提供90%以上的转换效率；另外，IR还完成一系列称为iPOWIR的高整合度建构方块，不但大幅减少零件数目，降低寄生参数效应，还能在多相位或单相位的电路拓朴中，排除更高开关频率时的不必要导线损耗。除此之外，它也衍生出DirectFET等多种先进封装，免除引线架、打线接合和压模作业，使得MOSFET至周围环境的电力或热传送几乎能达到最高理论值。DirectFET封装支持双面散热，使得标准SO-8封装功率晶体管的电流承载能力得以加倍，最新控制技术也已发展完成，可以提供更快的瞬时响应和更良好的输出电流和电压控制能力。虽然这些都是很重要的创新，但它们的进步仍只限于单一面向，很可能无法实现更大突破。
现在，我们必须超越这些发展成果，克服新世代更高速处理器所带来的全新挑战，今天的进步还不算是完整全面，要利用它们解决明日的问题也会有许多困难；举例来说，厂商正在发展下个世代的64位高阶服务器，预计会在2005年左右出现，它们必须采用多处理器架构，每颗处理器在1V工作电压时需要130A电流 - 要满足这些新世代处理器的需求，就必须采用两级的电源转换电路，才能产生适当的负载点电压和电流，这包括一个隔离式前端DC-DC转换器，负责接受48V未稳压输入电源，再产生12V的中间电源，然后把此12V电源送至负载点的多相位降压转换器，由它产生处理器所须的1V电源（图2）。
虽然厂商已完成许多发展成果，但它们都是以目前的处理器世代为目标，这类产品工作电压1.5 V，电流需求约80A；明日的问题却非如此，它们必须在更低工作电压下供应更大电流，同时具备更精准的稳压能力和更快速的瞬时响应，因此今日的成果并不适合明日的需求，反而会带来成本昂贵的隔离式大型前端，不但须处理170W功率，还会导致电流密度大幅降低，总系统电源转换效率下降超过5%，零件数目也会爆增。在64位服务器中，每颗处理器在1V工作电压时的电流需求为130A，必须使用两个3相位稳压器模块，每个相位的工作频率为300 kHz，这会导致零件数目增加，电路板布局也更复杂 - 毫无疑问的，这表示系统成本将大幅攀升。较低转换效率代表更多功率消耗，也就是更多的产生热量和散热管理问题；很明显的，业界是不可能容忍这种趋势。
相较之下，若能在即将来到的64位服务器中采用明日整合式协同设计所完成的解决方案，即可把效能提升至前所未有的新水准。举例来说，结合新技术可让整体系统效率增加超过10%，电流密度至少可以提高三倍；此外，零件数目也将大幅减少，不但系统成本可降低超过35%（参考表1），电路板布局将更简单，可靠性也会提高。64位高阶服务器还只是应用之一，凡是采用这些速度高达数GHz处理器的计算机都需要同样的策略，这包括桌上型、膝上型和其它工作站。要让这些优点付诸实现，就必须同时考虑和发展系统拓朴、控制方法、闸极驱动机制、被动零件的选择与最佳化以及功率组件的发展，同时搭配散热／机械结构的创新和更多选项（图3）。
为实现此目标，IR正在同时发展多颗功率组件，未来两年内，控制和同步FET的效能都会比目前最佳产品还提高四倍；事实上，功率MOSFET是功率损耗的最大来源，也是改善功率密度的最佳目标，通常它们都用于降压拓朴的负载点电源转换器，这表示高端有一颗控制FET，低端是同步FET。传导损耗对于同步FET很重要，开关损耗则在控制FET中很重要，要达成新目标，自然须同时改善这两颗组件。因此在控制FET端，目标是在未来两年内将开关的优值（figure of merit）RDS(on)  QSW（m-nC）提高将近六倍；至于在最重视单位面积导通阻抗的同步FET端，根据产品发展蓝图，它会在同样期间内将优值提高四倍。在此同时，目前最先进的封装技术，例如DirectFET，也必须提升至更高效能水准，以便支持更快更好的芯片（图4）。
新的前级设计观念应将整个电源转换程序列入考虑，使厂商能以更低成本发展更轻薄短小的解决方案；事实上，以48V变压器为基础的新转换器确有其必要，但不一定需要完全隔离、精准稳压和闭回路控制技术，它们投入实际应用后，将会大幅改写所须的直流转换效率、系统成本和功率密度。
此外，厂商也正为第二级电路发展新的控制器拓朴，让多相位负载点降压转换器设计提供可延展性和工程师需求殷切的弹性。目前的多相位解决方案有很多缺点，例如可延展性和弹性都很差、电流感测精准度不佳或很复杂、而且只能支持高工作频率，这使得它们的应用受到很大限制；新拓朴将允许使用者根据微处理器的实际需求，增加或移除一个相位，也可选择相位数目、每个相位的电流和开关频率，使得工程师享有更大的设计弹性。简言之，它允许设计人员做出最佳取舍，包括成本、体积和效率在内，进而提供芯片面积更小、电路板布局更简单、成本最低的多相位解决方案。
透过从全系统出发的设计方式，这些创新的控制器拓朴即可利用功率组件设计的各种深入技术知识，大幅加强它们在更高工作频率时的功能；由于在更高频率时，零件间的互动将成为主导因素，寄生参数所占的功率损耗也会更大，因此除了这些成果外，还必须进一步提高iPOWIR功能整合度，才能满足未来的新挑战。iPOWIR发展蓝图计划把前述技术创新的所有优点加入功能建构方块，进而将DC-DC电源转换提高至前所未有的新水准。从现在开始，工程师可在高达2 MHz的工作频率下，把整体系统效率和电流密度提升至更高水平。
透过系统架构、控制器、驱动器、功率组件以及散热／机构设计的同时创新，IR正在开辟一条路径，协助工程师克服下一代微处理器的DC-DC电源转换器设计挑战。
