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原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2026/04/260409101103.htm
原文作者：University of California - San Diego
随着数字化需求的激增，数据中心消耗的能源也随之攀升。近日，加州大学圣地亚哥分校的工程师团队推出了一项创新的芯片设计，旨在提升图形处理器（GPU）的供电效率。这项技术聚焦于电子产品中的核心环节：将高电压转换为计算硬件所需的低电压。在实验室测试中，原型芯片在模拟现代数据中心的工作环境下，表现出了极高的转换效率。
重新思考现代电子产品的DC-DC转换器
这项设计的核心是对广泛使用的DC-DC降压转换器的改进。这种转换器存在于几乎所有的电子设备中，作为电源与敏感电路之间的关键链路，其职责是将输入的高电压降至设备安全运行所需的精确水平。
在数据中心中，电力通常以48伏特分布，而GPU处理器通常需要1到5伏特的极低电压。随着计算系统变得越来越强大且紧凑，高效管理这种大范围的电压转换已成为日益严峻的挑战。
传统电源转换技术的局限性
传统的降压转换器在处理输入与输出电压差异巨大时往往表现乏力。随着压差增加，效率会下降，且更难提供足够的电流。大多数现有设计依赖于电感器等磁性元件，尽管这些组件经过多年完善，但已接近其性能极限，很难进一步提升。
加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院电气与计算机工程系教授、研究资深作者Patrick Mercier表示：“我们在设计电感式转换器方面已经做到了极致，几乎没有改进空间来满足未来的需求。”
探索压电谐振器作为替代方案
为了突破这些局限，Mercier及其团队转向了压电谐振器。这些微型设备通过机械振动而非磁场来存储和传输能量。基于压电元件的转换器具有体积更小、能量密度更高、效率更高且易于大规模制造的优势。
然而，早期的压电转换器在处理大电压差时，难以保持效率和提供充足的输出电流。
混合设计实现高效能与高输出
为了解决这些问题，研究人员开发了一种混合转换器，将压电谐振器与精心配置的商用电容器相结合。这一设置使系统能够更有效地处理大电压转换。
在原型芯片测试中，该设备成功将48伏电压降至数据中心常用的4.8伏，峰值效率达到96.2%，输出电流约为以往压电转换器设计的四倍。
未来挑战与应用前景
尽管该技术展现出巨大潜力，但仍处于开发初期。研究人员指出，压电谐振器由于其物理振动特性，无法使用传统的焊接技术安装到电路板上，因此需要新的集成策略。
“基于压电的转换器尚未完全准备好取代现有的技术，”Mercier补充道，“但它们提供了一条明确的改进路径。我们需要在材料、电路和封装等多个领域持续努力，才能使这项技术真正应用于数据中心。”
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