从五颗芯片到一颗芯片：看Qorvo的PMIC如何重塑企业级SSD
如今，Qorvo已经不再只是射频领域的巨头，而是成为一个关注更多新兴领域的公司。当初，在2019年Qorvo收购Active-Semi时，就明确了进军电源管理市场的战略。时至今日，Qorvo在持续不断地关注特定领域的电源管理难题，并推出相关产品。
最近，Qorvo就在关注AI数据中心中的一个关键问题——企业级SSD的电源管理问题。2025年5月21日，在北京举办的以“连接无界·智护未来”为主题的Qorvo媒体日上，Qorvo应用经理张俊岳对当下AI数据中心存储进行了详细解析，并介绍了最新推出的PMIC产品。
断电保护（PLP），企业SSD最大的不同点
这几年，AI的风越刮越大，而它之所以能够不断迭代离不开强劲的算力，以及强大的数据中心支持。数据中心可以理解为是一个服务器的集合，由几台、十几台，甚至上千台的服务器组成的一个网络。服务器是为数据存储以及数据分析而生，如果要实现数据的存储功能，企业级SSD是刚需。
众所周知，SSD是固态硬盘，相比“磁片旋转+机械臂”方式的机械硬盘，SSD采用半导体存储的形式，无论在数据传输率，还是安全可靠性方面都有很大提升。SSD分为两大类，一类是用在游戏主机、笔记本电脑、台式机、手机内的消费级SSD，另一类则是用于数据存储的企业级SSD。
企业级SSD不仅拥有更长的寿命，以支持24小时不间断运行，同时具备标志性的“掉电保护”（PLP）功能，这一功能对于数据中心至关重要，因为无论在什么条件之下，数据是不能丢失的，数据要保持完整性。
PLP是怎么实现的？首先，要监测输入的电压，好比用我们的眼睛实时观测。其次，当发现电压掉落时，就要通知执行机构进行保护，切换到备电状态，通过外部的储能电容继续提供电能，从而维持工作状态。如果没有PLP，外部电源（External Power）电压掉落速度非常快，主控并没有足够时间进行备份数据，而在PLP加持下，会在一段时间内仍然维持主控工作所需要的电压，从而让它有足够时间备份数据，保证数据的完整性。
企业级SSD市场起飞，但也带来更多挑战
随着数据中心规模不断扩大，SSD需求正呈爆发式增长。中型数据中心通常部署将近5千台服务器，大型数据中心则能够达到5万台，而超大规模云计算数据中心甚至需要10万台服务器。每个存储单元又需要大量SSD盘片，因此整体需求量极为庞大。此外，由于数据中心需要24小时不间断运行，SSD盘片的平均使用寿命通常为3至5年，随后便需要更换，这进一步推动了市场的持续需求。
从企业级SSD出货量来看，当前几年市场规模已呈现稳步增长，而未来几年的预测则显示增速将进一步提升。“这得益于一下四个方面：一是从传统机械硬盘逐渐切换到SSD；二是超大规模数据中心投资推动了企业级SSD需求；三是存储颗粒本身在性能、容量上的提升；四是AI所带来的巨大的数据吞吐量，数据负荷极度增加，需求也会相应地上升。” 张俊岳如是说。
虽然SSD市场需求正在提升，但同时也带来了新的技术挑战。首先，随着功率密度和存储密度的增加，散热和可靠性问题变得尤为关键。其次，目前市场上常见的SSD有多种标准外形规格，从紧凑的E1.S到较大的E1.L，再到更大容量的E3.L，其外形尺寸随着存储容量的增加而逐步扩大，但传统方案，PLP、PMIC会占用很多空间，从而限制存储颗粒的面积。
把PLP和PMIC放到一颗芯片里
Qorvo选择了一条创新的路线——将两个独立功能的集成电路PMIC和PLP整合在一起。
传统的分立器件方案中，每个供电输出都需要独立DC/DC电源芯片，以四个输出为例就需要至少四路的DC/DC供电，如果再加上实现PLP保护功能的芯片，总数将达到五颗芯片。这还不包括数量庞大的外围元器件，导致整PCB板面积过大，成本居高不下。更关键的是，过大的电源管理模块会挤占宝贵的存储颗粒空间，限制存储能量密度，这与当前高密度存储的发展趋势相矛盾。此外，大量分立元器件也给采购管理和质量管控带来诸多不便。
相比之下，Qorvo的集成化方案便具有显著优势。通过将PLP和PMIC整合，大幅优化了外围器件布局，减少了元器件数量，便于质量管控和采购管理。产品内部集成了逻辑控制电路，通过GPIO接口可以轻松调配时序和电压这些功能。尺寸做小就能释放DRAM颗粒存储空间，从而提升存储密度。此外，DRAM各个模块有启动时序要求，包括关电（Power off）时也有时序要求，分立方案就很难满足这些目标，但Qorvo的方案就可以通过I2C轻易对寄存器进行操作，实时编辑时序，精准地控制每一路供电轨道（Power Rail）之间地延迟（Delay）时间。此外，MTP（多次重复擦写）功能轻松实现对时序的实时编程，而无需对板子重新Layout，极大提升了工程师的设计，调试效率。
当然，将PLP和PMIC集成在一起，并非简单粗暴地组合在一起，而是一个很复杂的问题，包括复杂的控制逻辑整合、多种工作模式的无缝切换，以及高密度集成下的散热优化。
针对这些挑战，Qorvo开发了多项专有技术来确保系统的小型化设计。凭借在该领域长达15年的技术积累，Qorvo在系统集成技术方面保持着行业领先优势，这也是其能够成功将两个独立系统完美整合的关键所在。
ACT85411和ACT85611：高集成的方案
具体到产品层面，ACT85411和ACT85611是Qorvo主推的两款产品，目前这两款产品已经大规模量产出货。
从系统架构图中可以清晰地看到整个方案的功能模块分布。
如下图，在系统架构的最上方配置了背靠背开关结构的eFuse模块，这个关键组件专门用于防护eSSD在热插拔应用时产生的浪涌电流，有效保护前级电路免受冲击。左侧电容和开关器件就是PLP电路，其作用是正常工作时将输入能量存储到电容中，当输入电源异常中断时存储的电能可维持系统继续运行。eFuse模块、控制电路、储能电容共同构成了完整的PLP保护系统。
值得注意的是，热插拔是企业级SSD应用中的关键需求。在数据中心的应用场景中，服务器通常采用模块化设计，整个数据中心就像由多个货柜组成，每个机柜包含若干抽屉式服务器，而每个服务器又配备多块SSD盘片。当需要进行故障排查或盘片更换时，热插拔操作就不可避免。这种热插拔操作会引发瞬态高压和浪涌电流（Inrush Current）等挑战。为了保护后端的系统，一定需要eFuse对其前后级进行隔离，Qorvo通过智能控制，控制上升软启动斜率，包括能够控制整体浪涌电流在一个合理范围内，保证芯片本身不会损坏，也不会对它的下级的下游（Downstream）设备进行破坏。
在架构图下方，Qorvo设计了丰富的GPIO接口资源，这些可编程接口支持多种工作模式配置。此外，工程师还可以通过GPIO接口灵活调整输出电压、设置启动和关断时序等参数。右侧区域集成了完整的DC/DC电源管理电路，包括Buck降压或Boost升压。后级则配置了Flash、I/O这些供电模块。
总结起来，ACT85411和ACT85611具备这些优势：第一，高集成度，能够有效节省SSD空间；第二，高可靠性，主要通过集成创新的电容健康监测系统来实现；第三，拥有超越同行的电容容量量测精度，极大地减少存储电容数量的使用，如果量测精度比较差，势必就会用更多的电容补偿误差；第四，可操作性以及可配制性很强，GPIO口有很多种模式可以配制，可以通过GPIO把中断输出出来告诉主控，也可以通过GPIO调试输出电压，调试启动时序、关断的时序等，让芯片很容易地在不同的盘片当中应用；第五，优化了SoC供电电源轨的动态响应性能，即在大量数据吞吐期间维持电压的稳定，间接提升了数据的传输率。
