美国加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的工程师们开发出一种新型芯片架构，有望重塑数据中心的电力处理方式。该设计聚焦于改进图形处理器（GPU）将高压电转换为计算所需低压的转换效率。早期测试显示，原型芯片能够以极高的效率完成这一转换，为打造更小巧、更节能的计算系统提供了可行路径。

这一突破的核心是一款重新设计的DC-DC降压转换器。该部件在几乎所有电子系统中都扮演关键角色，负责将较高的输入电压转换为敏感芯片可安全使用的低电压。在美国大型数据中心中，电力通常以48伏电压分配，而GPU的工作电压通常在1至5伏之间。随着计算需求的上升，高效填补这一电压鸿沟变得越来越困难。传统转换器依赖电感元件，但这些磁性元件的性能已接近物理极限，且在维持高电流输出的同时处理大电压差时表现不佳。

“我们在电感转换器设计上已经做得非常出色，以至于几乎没有进一步改进的空间来满足未来需求，”该研究的资深作者、加州大学圣地亚哥分校电气与计算机工程教授Patrick Mercier表示。为突破这些限制，研究团队探索了压电谐振器——这种器件通过机械振动而非磁场来储存和传输能量。压电系统在尺寸、能量密度和制造可扩展性方面具有优势，但早期设计在大电压差下难以兼顾效率和功率输出。

团队采用了一种混合设计方案，将压电谐振器与商用电容以新构型结合，为能量流动创造了多条路径，减少了转换过程中的损耗。该设计已被实现为一款工作原型芯片。在实验室测试中，该芯片将48伏电压转换为4.8伏，峰值效率达到96.2%，输出电流约为此前基于压电的系统的四倍。混合方法在降低谐振器负担的同时提升了整体性能，且体积仅有适度增加，使其具备未来部署的实用性。

尽管取得了进展，该技术仍处于开发阶段。压电谐振器会物理振动，因此无法使用标准焊接方法集成，需要新的封装与集成策略。“基于压电的转换器尚未准备好取代现有电源转换技术，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进步，才能使这项技术真正适用于数据中心。”Mercier说。随着美国数据中心为满足AI和云计算需求而不断扩张，更高效的电力系统将变得至关重要。这项新芯片设计为实现这些能源挑战提供了一个有前景的方向。该研究发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。