Common Footprint (CFP) 对 PC 市场产生的负面影响

Jeff Jull

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我是 Jeff Jull，从事 CPU 供电管理工作将近 25 年。我负责英特尔的IMVP 供电生态系统研发近十年，该生态系统每年为超过 3 亿台的新 PC 供电。凭借多年的专业知识， 6年前我在MPS开始专攻电源管理产品，力争在 PC 市场上创造出行业领先的产品。

PC 供电细分市场在整个供电市场中与众不同，其每个供应商的解决方案都是独特且复杂的芯片组，具有各自的自定义功能和引脚排列（或占位）。芯片组控制器与 CPU 通信，然后执行复杂的电压控制，再由智能功率级 (SPS) 或驱动器 + MOSFET 功率级 (DrMOS) 将电压提供给 CPU（见图 1）。此外，芯片组还提供各种遥测信息。

图 1：PC供电芯片组控制器通信

这些芯片组的特殊之处还在于，每个客户平台都需要大量的人工调节，以最大限度地提升性能和效率；而这两者都会影响电池寿命，因此在笔记本电脑市场中非常关键。客户需求和解决方案的多样性为电源供应商创造了蓬勃发展的机会，因为每个解决方案都需适用于满足不同客户规格的应用。

更重要的是，每一种新颖的解决方案都为PC 电源管理 IC 市场中的下一代解决方案开发提供了资金。PC 行业有一个基本规则，即“你（客户）为性能付费”。考虑到这一点，不少供应商都专注于高性能和更高价格的商用 PC 市场，即专注于 B2B 解决方案；剩下的则致力于开发消费类市场中的高性价比解决方案。

与其他任何市场一样，近年出现的全球硅料短缺也对PC供电市场产生了影响。但明显不同的是，CPU 供电市场中的供应连续性 (COS) 问题推动 PC 制造商不断创新，在唯一来源解决方案成为常态的市场中开发出多源解决方案。为应对COS 问题，看似显而易见的解决方案就是采用共同占位 (Common Footprint, CFP) 策略。

作为 CFP 策略的一部分，每个CPU 供电解决方案（由 1 个控制器和 3 至 9 个 DrMOS 组件构成）对所有类型的器件都采用相同的引脚分配。从理论上讲，在制造过程中更换元件将变得非常容易，因为所有客户都可以混合和匹配使用多家供应商提供的可用元件。当每个 CPU 供电供应商都能为市场提供一定数量的元件时，COS 将得以维持。

在服务器 CPU 供电市场的成功让CFP 模型得到了印证。尽管服务器应用与 PC应用相比，无论大小还是功能都不同，但它们仍存在一些共同特性（例如一个控制器和多个 DrMOS 组件）；因此很容易得出一个假设，即服务器市场的模型同样适用于 PC 市场。然而，这两个市场之间存在着重大的差异，CFP 模型可能会对 PC 市场产生负面影响。具体而言，CFP 策略可能损害可靠性、性能、电池寿命，甚至 CFP 最希望改进的东西：供应连续性。

服务器 CPU 供电生态系统中的 CFP

服务器 CPU 供电生态系统具备以下特点，使得 CFP 成为实现COS 的有效解决方案：

开发周期长
产品生命周期长
组件成本高（受电流能力、物理尺寸和可靠性要求驱动），因此不存在逐底价格战

下面将详细描述这些特点。

开发周期长

服务器平台的产品开发周期可长达数年。为实现高质量服务器所需的高可靠性目标，产品需要严格的验证，因此其开发周期也相对较长。开发人员需要在CPU 供电系统上，根据输入功率、输出电压和负载转换的每一个可能变化进行测试。保证可靠性是一个不能缩水的周密过程。

由于严格的验证过程贯穿整个平台，因此有充裕的时间来验证多个 CPU 供电解决方案，这使CFP 模型的创建也成为可能。如果没有CFP，将需要设计和生产多个成本高昂的电路板以验证其他解决方案。相反，由于服务器电源管理市场对高可靠性的重视及其较长的开发周期，CFP 策略更有可能保持其市场繁荣健康，同时还能推动创新以提供最优产品（见图 2）。

图2: 服务器CPU生态系统

产品生命周期长

产品生命周期长以及上文提到的高可靠性和高成本等产品特性，再加上相比PC 市场相对较小的总可用市场 (TAM)，意味着原始设计制造商 (ODM) 可以，而且必须销售每个服务器产品很长一段时间，才能使每个产品设计都有利可图。典型的服务器制造生命周期约为 5 年，而 PC 的设计制造周期仅为 18 个月。服务器较长的产品生命周期需要 COS 实现 CPU 供电，而 CFP 则是提供这种保障最具前景的策略。

在典型服务器 CPU 供电的CFP 实现中，原始设计制造商首先需选择供应商，然后为其提供有关产品生命周期内的销量以及预期总销售额的保证。供应商根据这些信息生产满足制造商需求的产品，并预留几年的库存。当其他供应商之一的CFP元件出现问题时，这些预留的库存就可为客户提供缓冲。如果库存在最初几年未被消耗，供应商将停止生产并利用库存来满足产品生命周期后期的需求。在长达5 年的产品生命周期中，CFP 是一项必要且有利的策略。

元件成本高

服务器市场是一个价格高昂且因此利润丰厚的市场。其平台的所有组成部件都很昂贵，从最终产品到 CPU、主板、冷却解决方案和供电。高成本源于对高性能和 99.99% 的可靠性要求。这些要求同时也增大了关键供电部件的物理尺寸，从而进一步提高了成本。

对服务器实现而言，所有这些成本驱动因素造成的影响就是只使用最好和最可靠的供应商及其元件，这极大地限制了竞争。供应商是否可靠取决于其在整个生态系中的经验与声誉；在这个系统中，任何瑕疵都无法掩饰。

经过多年的积累，服务器市场已经形成一套明确的供应商质量和可靠性等级体系。哪些供应商能够始终稳定地提供元器件，哪些则会在利润率下降时选择退出市场都是众所周知的事情。当然，也有供应商以产品价格廉价且可靠性不稳定而著称，这使他们无法进入通用的服务器市场。在这个合格竞争对手有限的领域，CFP 策略对供电组件的高价格几乎没有影响。

PC CPU供电生态系统中的CFP

对PC 电源管理市场而言，首先要看的也是使 CFP 在服务器市场大获成功的三个要素：开发周期、产品生命周期和组件成本（见图 3）。

图3: PC CPU市场

开发周期短

PC 市场几乎每年都会推出新一代的平台，更新非常快。这迫使原始设备制造商（OEM）及其供应商以看似无法持续的速度生产新产品。几乎每一代 PC 都对 CPU 提出新的功率要求，促使厂商不断开发新的控制器和 DrMOS 组件。

当这种短暂的周期与解决方案不断提高的电流能力、以及不断减小主板和电源尺寸的推动力相结合时，可以说，CPU 供电供应商及其客户一直疲于验证单一的解决方案。CFP 策略意味着，如果不同供应商的元件可以用于同一个解决方案，则还有其他解决方案需要验证，同时还包括混合/匹配验证。有效执行 CFP 策略的唯一方法就是在所有验证工作中匀出一些精力，而这将会使所有的解决方案都因生产中未知的违规行为而面临风险。PC 生态系统短短的开发周期使厂商根本无暇顾及CFP 模型。

产品生命周期短

如上所述，PC 市场每 12 至 18 个月就会推出新产品。在大多数情况下，这也是 OEM PC 工厂的生产周期，工厂经常会为下一代产品的生产做出改变。CFP 策略的目标是在这 18 个月的生产期间保持 COS。

在服务器市场CFP周期的初期，供应商可以在早期建立库存，并在后期消耗掉；但在PC市场这是不可能的。PC市场要求的产量上升与下降都非常快速，根本没有时间建立库存，因为产品很快会被卖掉。而且，它无法保证库存将被出清。因此，供应商必须卖出所有产品，否则就有赔钱的风险。由此产生的结果是，没有任何供应商有现成的元件供应。新订单通常都需要 6 个月的时间才能出货，这大约是整个产品生命周期的三分之一。短暂的 PC 生态生命周期并没有为 CFP 提供足够的时间来完成 COS 的既定目标。

PC 供电组件成本价格不等

服务器市场中包含高价（$$$$）的供电组件市场，而 PC 市场则具备一个混合了低价（$）和高价（$$）组件的市场。就像选择高价和低价PC一样，用户在为性能付费。在不同的价格范围内，用户有很多选择。PC 市场上的两个定价等级包括“商用级”（例如，快速且可靠的企业 PC，或公司 IT 部门分配的 PC）和“消费类”（例如，黑色星期五在大型商场购买的PC）。

商用PC采用硅行业与市场技术领导者提供的价格更高的 PC CPU 供电组件。这些器件由一级公司制造，而他们通常会在其产品中添加新颖的功能，一些客户从来不知道但“就是拥有了”的功能。

这些供应商会不吝聘请资深的现场工程师，在每一次 PC 设计中都投入大量的时间。这些工程师会对供电组件进行编程和调节，让每台受支持的 PC 都获得最佳性能。这种强大且不断发展的 PC 生态系统提供了更好的用户体验，并通过以下共生关系推动了下一代技术的发展：

PC 制造商承诺采用定制的、独特的供电解决方案
供应商承诺提供最好的技术以及全球支持

至于消费类 PC 供电，供应商开发的元件只需满足 CPU 要求，无需特殊调节；元件只要能工作即可，也不考虑性能和电池寿命等因素。为了使供电解决方案尽可能地降低成本，部分 PC 制造商还会一次移除一个电容，直到 PC 停止运行，然后再装回一个电容。这些 CPU 电源组件价格低廉，但只能满足最低需求。

在商用 PC 电源管理市场中，CFP 战略不仅为那些实际上不够好的元件进入商用市场打开了大门，而且还将消除 PC 制造商和供应商相互之间做出承诺的必要性。这种共生关系的终结将生态系统转变为逐底价格竞争的局面，这会阻碍 PC 技术在供电性能和电池寿命方面的进步。

PC 市场中 CFP 战略的倡导者也在尝试促进新技术诞生，从而因技术需求带来价格的提升。然而，近期硅料短缺的状况赋予了 PC 制造商采购团队无限的权力，他们可以通过任何必要的方式获得需要的元件，以确保 PC 的继续生产。当然，价格尽可能低的元件总是最优选择。随着硅料短缺在 2022 年下半年和2023初期有所缓解，“不惜一切代价获得元件”的心态将迅速恢复为“获得最便宜的元件”。对于 PC市场，CFP 策略无疑为逐底竞争模型提供了基础。

最后的难题

这里举一个最近发生的例子来说明CFP的缺点。在笔记本电脑市场，每个平台都需要一个 3.3V DC/DC 变换器。目前至少有五家公司每年供应超过 2 亿个所需元件。这些元件具有相同的外形、尺寸和功能特性，笔记本电脑设计中可以采用这些供应商中任何一家的元件。然而最近，其中一家具有低成本并因此占据最大市场份额的领导者突然停止生产其 3.3V 变换器，猜测是为了转战高利润产品。

COS的这种重大扰乱在 CFP 模型下本不该成为问题，因为该元件至少还有其他四家公司可以提供。然而，由于业内硅料短缺，其他供应商的库存都无法填补主要供应商退出市场所造成的缺口。弥补满足需求的库存至少需要 6 个月才能完成。而且，该3.3V 变换器已经使用了将近 5 年，至少在接下来的 2 年（或者更长）还会继续使用。考虑到这一点，如果在产品周期开始时就被保证了总销售额，供应商就可建立大量库存。但无论如何，一个可行的 CFP 策略应可以避免生态系统中出现如此大的缺口。

导致 3.3V 变换器短缺的部分原因是制造商和供应商之间基于承诺的关系。由于供应商数量众多，PC 制造商总以为不会缺供应商；另一方面，每个供应商都认为其他供应商会保持生态稳定，因此自己可以削减低利润 3.3V 变换器的生产，转而寻求利润更高的市场机会。

在 PC 电源管理市场实施 CFP 策略的最后一个阻碍是供应商数量会逐渐减少，这将损害 COS，无法确保其完整性。当价格廉价的消费类 CPU 电源组件试水商用市场时，权利无限的采购管理团队将比较供应商之间的价格，并最终确定，嗯，我们购买了“足够好”的元件。然后，ASP（客户获得产品的成本）将下降并迫使真正的技术领导者（大约 35% 的供应商）退出市场。

结语

过去 2 年的硅料短缺对行业和整个世界都造成了沉重的打击。PC 领域的所有组件以及无处不在的电子产品都受到了影响。这就不难理解企业最高管理层都在推动 COS了。利益相关者们希望他们所有的组件都符合CFP，因为他们错误地认为这会增加供应商的数量，并（可能）增加可用元件的数量。

本文对PC CPU 电源芯片组生态系统的独特性进行了分析，得出的结论是，PC 电源管理市场的两个子系统（商用级和消费类）并不适合 CFP 模型。相反，将 CFP 策略应用于这个市场很可能会创建一个只满足最低需求的市场，它带来的是功率损耗和电池寿命缩短的风险，这将对用户体验产生负面影响。

PC 供电市场需要改革并采用新的 COS 模式，而不是依赖CFP 旧范式。其中一种方法就是让现有供应商发放其 IP许可证，让新的供应商能够授权生产该供应商的元器件。这将提供新的元件供应来源，它与一级供应商采用的独特设计将完全一致，而且不需要任何额外验证。PC 市场正在经历革命性的变化，供应链也该随之改变了。