英飛凌深化了與臺達電子的現有合作，聯合研發新一代垂直供電（VPD）模塊，旨在為數據中心的 AI 芯片提供更高效的供電支持。

雙方表示，此次合作融合了英飛凌高性能硅基 MOSFET、嵌入式封裝的技術優勢，以及臺達在功率模塊設計與制造領域的深厚積淀。臺達為新款模塊采用了英飛凌 90A OptiMOS 集成功率級解決方案，模塊專為垂直供電設計，替代傳統的橫向供電模式，以此減少印刷電路板上的功率損耗及相應的熱量產生。

英飛凌電源與傳感器系統事業部總裁 Adam White 表示，此次合作主要面向超大規模數據中心運營商及其他科技巨頭，解決其 AI 訓練和推理場景中日益增長的供電需求?！芭c臺達的深度合作是技術互補的絕佳范例。我們攜手為超大規模數據中心運營商創造切實價值，在保持高能效和高可靠性的同時降低成本，進一步推動碳中和進程?！?/p>

人工智能：為何成為高功耗領域？

當前，用于訓練大語言模型的頂級圖形處理器和張量處理器，基于 3 納米或 4 納米制程工藝，集成的晶體管數量超 1000 億個。盡管這類芯片的供電電壓持續降低（通常低于 1 伏），但其所需的工作電流卻攀升至 2000 安培以上，這使得芯片的持續功耗（即熱設計功耗）屢創新高。例如，英偉達 Blackwell 圖形處理器的功耗達 1200 瓦，其升級版 Blackwell Ultra 功耗更是高達 1400 瓦。

為滿足如此大的電流需求，芯片周邊通常會布置電壓調節模塊，這類模塊一般分布在芯片的南北兩側或東西兩側。作為直流 - 直流轉換器，這些模塊通過供電網絡的最后數厘米線路橫向輸送電流，同時精準調節輸出至負載的供電電壓。

為減少處理器滿負荷運行時的電壓紋波，印刷電路板另一側的片上系統下方會布置去耦電容；而芯片上方則會放置電感，用于濾除電壓調節模塊輸出電壓的噪聲，實現電壓平滑。

但供電電壓持續降低、電流持續升高的趨勢，讓橫向供電（LPD） 模式面臨諸多挑戰。

首個挑戰便是伴隨熱效應的功率損耗。盡管電壓調節模塊已盡可能貼近負載布置，但大電流通過印刷電路板走線的電阻時，仍會產生電阻損耗（I2R 損耗）。

對于高性能 AI 芯片而言，即便短距離傳輸超大電流，這類損耗也會不斷累積，同時產生大量熱量 —— 若不及時散出，將導致系統性能下降。此外，處理器局部的溫度梯度還可能引發印刷電路板翹曲。

日益嚴苛的空間限制，也讓傳統供電方案難以為繼。隨著圖形處理器等 AI 芯片功耗持續攀升，企業需在芯片周邊增加更多功率器件、磁性元件和無源器件以滿足供電需求，但系統內部的空間有限，這一操作難度極大。而增加至負載的供電線路，又會進一步提升印刷電路板的電阻損耗。

這些直流 - 直流轉換器還需應對 AI 工作負載的高動態特性，這類場景下電流會出現大幅階躍變化（即負載瞬態，簡稱 di/dt）。瞬態電流會對供電網絡造成應力沖擊，例如當 AI 芯片為提升時鐘頻率、處理 AI 訓練不同環節而突然需要更大電流時，會出現電壓降（IR 壓降），這種突發的電壓降低會嚴重影響芯片的性能和能效。

而傳統供電技術的響應速度，無法匹配這類負載瞬態的需求。實際應用中，AI 訓練用芯片需要在緊鄰處理器的位置布置約 3 毫法的去耦電容，用于儲存能量 —— 當直流 - 直流轉換器無法及時響應負載的突發變化時，由去耦電容釋放能量補充供電。多數情況下，大量的多層陶瓷電容會直接布置在負載下方，卻占據了印刷電路板上對供電最敏感的核心區域。

垂直供電與橫向供電的技術對比

英飛凌與臺達正通過垂直供電替代橫向供電的方式，攻克上述一系列難題。

在垂直供電方案中，電壓調節模塊被布置在處理器下方，取代了當前該位置的去耦電容。電流不再沿印刷電路板橫向傳輸，而是向上穿透電路板輸送至負載，大幅縮短了走線長度，降低了供電路徑的電阻，從而減少電阻損耗和熱量產生。電壓調節模塊與負載的近距離布置，使其能更快響應突發的負載階躍變化，大幅降低供電網絡對電容和電感的需求。

英飛凌表示，該方案還能有效提升功率密度。由于更多電能可高效傳輸至處理器，垂直供電模塊無需為抵消供電網絡的功率損耗而做冗余設計。多數情況下，垂直功率模塊會將電容內嵌于封裝內部，電感則布置在模塊頂部，進一步提升功率密度的同時，為中央處理器、圖形處理器、片上系統和內存供電軌提供更高效的供電。

此外，垂直供電的設計還能釋放印刷電路板的空間，這些空間可用于高速信號布線，或布置高端 AI 芯片周邊的高帶寬內存堆疊等其他組件。

臺達正基于英飛凌硅基 OptiMOS 集成功率級解決方案開發垂直功率模塊，這類功率級產品需與多相數字控制器搭配，才能組成完整的直流 - 直流轉換器。

英飛凌正從內到外升級其集成功率級產品。去年，該公司推出了全球最薄的硅基功率晶圓，厚度僅 20 微米，約為當前主流功率晶圓厚度的一半。英飛凌表示，該超薄晶圓技術將襯底電阻降低 50%，使系統級功率損耗減少 15%。

這項技術為垂直供電方案提供了核心支撐，其賦能的英飛凌垂直溝槽型 MOSFET，能實現與圖形處理器等 AI 芯片的更緊密連接。

臺達電源與系統事業部副總裁兼總經理 Ares Chen 表示：“此次合作已成功研發出高度先進的垂直供電模塊，我們將為客戶提供前所未有的供電效率、可靠性和可擴展性?！?/p>

目前，臺達正與更多半導體企業深化合作，以滿足人工智能及其他創新領域的供電需求 —— 該公司近期還與微芯科技達成合作，在設計中采用碳化硅器件。

同時，英飛凌和臺達也位列英偉達下一代高壓直流供電架構的合作企業陣營，該架構被廣泛視為解決服務器機柜密度持續提升問題的主流方案。