近日，2026 世界 AI 服務(wù)器電源大會(huì)順利舉辦，活動(dòng)匯聚行業(yè)前沿力量，邀請(qǐng) 20 余位重磅演講嘉賓到場(chǎng)，圍繞 AI 服務(wù)器電源技術(shù)、產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)、方案落地等核心方向展開深度分享，輸出滿滿行業(yè)干貨，為從業(yè)者搭建了高效的技術(shù)交流與經(jīng)驗(yàn)互通平臺(tái)。

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在大會(huì)上，Empower Semiconductor 中國區(qū)業(yè)務(wù)總監(jiān)歐陽盛圍繞 AI 與 HPC 處理器功耗快速攀升、傳統(tǒng)供電架構(gòu)面臨瓶頸，以及垂直供電、集成穩(wěn)壓器 IVR 在高密度算力平臺(tái)中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了深入分享。

當(dāng)前 AI 算力持續(xù)升級(jí)，單顆 xPU 功耗正從數(shù)百瓦邁向千瓦級(jí)，未來多千瓦級(jí)處理器也已逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)視野。

在這一趨勢(shì)下，電源不再只是服務(wù)器系統(tǒng)中的配套環(huán)節(jié)，而是直接影響算力釋放、系統(tǒng)效率、熱設(shè)計(jì)和整體的關(guān)鍵瓶頸。

AI 芯片功耗攀升，供電進(jìn)入“最后一厘米”挑戰(zhàn)

目前 AI 與高性能計(jì)算負(fù)載正在推動(dòng)處理器功耗持續(xù)上升。

過去客戶對(duì)單顆芯片供電電流的需求可能還是 300A、500A、600A，而如今部分客戶提出的供電需求已經(jīng)來到更高量級(jí)，甚至接近萬安級(jí)別。

背后的原因在于先進(jìn) CMOS 工藝不斷提升晶體管集成度，AI 計(jì)算模式又會(huì)盡可能拉滿芯片資源，使單位面積內(nèi)的功耗和電流密度快速提高。

這也帶來了一個(gè)核心問題，那就是算力芯片本身在變強(qiáng)，但將電流穩(wěn)定、高效、低損耗地送到芯片內(nèi)部卻越來越難。

尤其在 GPU、CPU、AI 加速器等 xPU 周邊，PCB 空間有限，芯片面積和封裝尺寸不斷增大，留給 VRM、電感、MOS、電容以及散熱結(jié)構(gòu)的空間被進(jìn)一步壓縮。

傳統(tǒng)通過 PCB 橫向走線將大電流送入處理器的方式，已經(jīng)很難繼續(xù)支撐下一代 AI 芯片的電流密度需求。

從系統(tǒng)角度看，供電設(shè)計(jì)需要同時(shí)兼顧 xPU 周期利用率、每個(gè)計(jì)算周期的耗電、功率密度、轉(zhuǎn)換效率以及熱性能。也就是說，電源方案的優(yōu)劣已經(jīng)不只是影響電源本身效率，而是會(huì)進(jìn)一步影響算力芯片能否持續(xù)處于高效工作區(qū)間。

瞬態(tài)響應(yīng)成為新瓶頸，高帶寬電源影響算力釋放

除了電流總量提升，AI 芯片供電還面臨更嚴(yán)苛的瞬態(tài)挑戰(zhàn)。

現(xiàn)代處理器會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)開啟或關(guān)閉大量計(jì)算單元，負(fù)載電流變化速度大幅提升，負(fù)載階躍需求已經(jīng)達(dá)到極高水平，這意味著電源必須在極短時(shí)間內(nèi)完成響應(yīng)，將輸出電壓穩(wěn)定回正常工作區(qū)間。

如果電源響應(yīng)速度不足，芯片電壓會(huì)出現(xiàn)下跌和恢復(fù)過程。

在這一過程中，xPU 可能無法穩(wěn)定運(yùn)行在理想工作電壓內(nèi)，導(dǎo)致部分計(jì)算周期被浪費(fèi)，影響實(shí)際有效算力。傳統(tǒng)方案通常需要通過提高供電電壓、增加去耦電容等方式留出裕量，但這會(huì)帶來更高功耗、更大熱量和更復(fù)雜的板級(jí)設(shè)計(jì)。

Empower 的思路是通過高頻、高帶寬 IVR 來提升電源瞬態(tài)響應(yīng)能力。其 DC/DC 產(chǎn)品開關(guān)頻率最高可達(dá)到 200MHz，相比傳統(tǒng) DrMOS 或電源模塊常見的數(shù)百 kHz 級(jí)開關(guān)頻率，有數(shù)量級(jí)提升。

更高的開關(guān)頻率和更快的響應(yīng)速度，使電源能夠更快跟隨負(fù)載變化，從而減少電壓跌落時(shí)間，讓處理器在更多周期內(nèi)保持有效工作。

這一價(jià)值非常直接，過去要提升芯片算力，往往需要依賴更先進(jìn)制程或更大規(guī)模晶體管集成；而高帶寬電源方案則有機(jī)會(huì)在同一芯片制程和平臺(tái)下，通過減少供電波動(dòng)帶來的低效時(shí)間，提高實(shí)際可用算力。

從水平供電到垂直供電，供電架構(gòu)正在重構(gòu)

當(dāng)前 AI 處理器供電架構(gòu)一般有傳統(tǒng)水平供電、背面斜向供電以及現(xiàn)代垂直供電三種路徑。

傳統(tǒng)水平供電方案已經(jīng)應(yīng)用多年，成熟度高，供應(yīng)鏈完善。

其典型結(jié)構(gòu)是將多相 VR、功率器件、電感、電容布置在處理器周邊，再通過 PCB 橫向走線把電流送入芯片封裝。

該方案在過去功耗水平下可以滿足需求，但隨著 AI 芯片電流急劇上升，橫向路徑變長、阻抗增大、分布損耗和帶寬限制問題逐漸突出。

背面斜向供電則是在傳統(tǒng)方案基礎(chǔ)上的改進(jìn)。

其通過將部分電源模塊放到 PCB 背面，縮短一部分供電路徑，降低部分走線損耗。

但由于仍需要保留大量去耦電容，整體帶寬提升有限，只能緩解損耗問題，難以從根本上解決快速負(fù)載響應(yīng)和高電流密度問題。

現(xiàn)代垂直供電則進(jìn)一步將電源放置在處理器背面或更靠近芯片的位置，通過垂直通孔把電流直接送入 xPU 底部焊球區(qū)域。

這樣可以大幅縮短最高電流路徑，降低 PDN 阻抗和分布損耗，同時(shí)提升瞬態(tài)響應(yīng)能力。對(duì)于千瓦級(jí) AI 處理器來說，垂直供電已經(jīng)成為更具潛力的 PCB 級(jí)供電方向。

IVR 用高頻集成方案減少電容依賴

在垂直供電路徑中，高速 IVR 的價(jià)值不言而喻。

與采用復(fù)雜先進(jìn)封裝和機(jī)械疊裝方式的低速垂直供電模塊不同，Empower IVR 通過超高頻開關(guān)和高度集成化設(shè)計(jì)，將原本需要占用大量板級(jí)空間的電容、電感等器件進(jìn)一步小型化，并集成到塑封芯片內(nèi)部。

具體來說，Empower IVR 采用單芯片方案，整體封裝很薄，便于貼裝在 PCB 背面，也更容易配合散熱結(jié)構(gòu)。

其內(nèi)部使用硅電容，具備較高帶寬特性，同時(shí)電感也實(shí)現(xiàn)集成，因此在處理器底部區(qū)域可以減少對(duì)大量 MLCC 的依賴。

對(duì)于當(dāng)前高算力板卡來說，底部去耦電容數(shù)量龐大，既占空間，也增加成本和裝配復(fù)雜度。高帶寬 IVR 通過就近響應(yīng)負(fù)載變化，有助于簡化底部電容配置，降低板級(jí)設(shè)計(jì)壓力。

這種方案帶來的另一項(xiàng)好處是局部供電能力增強(qiáng)。每個(gè) IVR 模塊可以在更靠近負(fù)載的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)和響應(yīng)，不需要電流繞行較長路徑。當(dāng)負(fù)載快速變化時(shí)，本地電源即可快速補(bǔ)償，從而減少輸入端額外功率需求，降低下游分布損耗。

降低電壓裕量，帶來效率與算力雙重收益

高帶寬 IVR 的核心優(yōu)勢(shì)在于它可以改變系統(tǒng)電壓裕量的設(shè)計(jì)方式。

在傳統(tǒng)供電方案中，為了防止瞬態(tài)跌落導(dǎo)致芯片失穩(wěn)，系統(tǒng)往往需要設(shè)置更高工作電壓。這樣雖然能夠提高穩(wěn)定性，但同時(shí)也增加了功耗。對(duì)于 1000A 級(jí)甚至更高電流的平臺(tái)而言，哪怕只是幾十毫伏的電壓差，也會(huì)轉(zhuǎn)化為可觀的功耗和熱量。

Empower 的方案通過更快瞬態(tài)響應(yīng)和更低 PDN 阻抗，能夠讓輸出電壓更穩(wěn)定，從而有機(jī)會(huì)降低供電電壓裕量。

一方面，這可以直接轉(zhuǎn)化為能耗節(jié)省；另一方面，系統(tǒng)也可以選擇把節(jié)省出的功耗預(yù)算用于提升芯片運(yùn)行頻率或計(jì)算利用率。換句話說，高帶寬 IVR 既可以服務(wù)于節(jié)能，也可以服務(wù)于性能釋放。

在 AI 數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，這類收益會(huì)被大規(guī)模服務(wù)器集群進(jìn)一步放大。單板、單卡或單顆芯片上的損耗降低，最終會(huì)反映到整機(jī)柜、整機(jī)房乃至整個(gè)智算中心的電費(fèi)、散熱和運(yùn)維成本中。

散熱與封裝仍是下一階段關(guān)鍵

在高功率 AI 平臺(tái)中，電源方案必須同時(shí)解決電氣性能和熱性能。任何背面供電方案都需要面對(duì)散熱問題，包括斜向供電、低速垂直供電和高速垂直供電。

Empower IVR 采用較薄的塑封單芯片形態(tài)，便于貼裝和導(dǎo)熱。

以 EP7502 為例，在 PCB 溫度 80℃、散熱器 60℃、DC/DC 損耗 5W 的條件下，最大溫度約為 80.8℃，體現(xiàn)出較好的熱管理能力。

相比部分厚度達(dá)到 4mm 至 5mm、重量較大的電源模塊，薄型 IVR 在貼裝到處理器背面時(shí)，對(duì) PCB 或基板的機(jī)械壓力更小，也更便于與銅散熱片、背面散熱結(jié)構(gòu)配合。

不過，隨著供電繼續(xù)向芯片更近位置推進(jìn)，散熱難度也會(huì)進(jìn)一步增加。

未來可能會(huì)出現(xiàn) Landside 或 Near-Package 供電方式，即將 IVR 放到更靠近 GPU 基板的位置，甚至通過挖空 PCB 或把模塊做到極薄的方式布置在焊球之間。這類方案可以進(jìn)一步降低損耗、提高帶寬，但會(huì)帶來 PCB 工藝復(fù)雜度、空間限制和熱設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

更遠(yuǎn)期的方向則是 In-Package 或 FIVR，也就是將電源更深度地集成到封裝甚至芯片內(nèi)部。

這在理論上可以獲得最優(yōu)的 PDN 效果，降低封裝焊球電流密度，并簡化 PCB 設(shè)計(jì)。

但其挑戰(zhàn)同樣明顯，包括散熱、測(cè)試、制造良率和封裝工藝協(xié)同等問題。因此，從現(xiàn)實(shí)落地節(jié)奏來看，現(xiàn)代垂直供電和高帶寬 IVR 更可能成為當(dāng)前階段的關(guān)鍵路徑。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

從 Empower 的分享可以看到，AI 服務(wù)器電源設(shè)計(jì)正在從“把電做出來”轉(zhuǎn)向“把電送到位”。

當(dāng)單顆 xPU 功耗進(jìn)入千瓦級(jí)，大電流在 PCB、封裝和芯片之間傳輸時(shí)，路徑損耗、瞬態(tài)響應(yīng)、電壓跌落和散熱都會(huì)被放大，傳統(tǒng)水平供電方案已經(jīng)很難繼續(xù)用簡單堆料的方式解決問題。

Empower 提出的高帶寬 IVR 和垂直供電方案，核心價(jià)值在于把電源放得更近、響應(yīng)做得更快、路徑損耗降得更低。

對(duì)于 AI 服務(wù)器來說，這類方案帶來的不只是電源效率提升，還可能直接影響芯片實(shí)際可用算力和整機(jī)能耗。隨著 AI 芯片功耗繼續(xù)走高，近端供電、垂直供電以及更高集成度的 IVR 方案，預(yù)計(jì)會(huì)成為后續(xù)高算力平臺(tái)電源設(shè)計(jì)中繞不開的重要方向。

另外，本次大會(huì)所有嘉賓演講內(nèi)容已完成高清視頻素材整理，各企業(yè)專屬演講視頻均已單獨(dú)上線發(fā)布，直觀呈現(xiàn)各家技術(shù)亮點(diǎn)與研發(fā)成果，內(nèi)容兼具實(shí)操性與前瞻性，含金量十足！

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