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你有没有想过，一颗 AI 处理器内部有上千亿晶体管在同时开关，但它真正“吃电”的电压只有不到 1 V，电流却可能高达几千甚至上万安培？
电从电网进来，经历了 10 kV→800 V、800 V→54 V/12 V 多级降压，最后却要在主板平面上拐好几个弯，才艰难地挤进芯片四周。这段“最后一厘米”的横向路径，正在成为算力继续向上突破的最大瓶颈。而垂直供电（Vertical Power Delivery, VPD）要做的，就是把这段路径转 90°，让电流直接穿过主板，从芯片背面灌进去。
为什么一、0.8 V × 10,000 A：芯片供电的“最后一厘米”危机
先进 AI 处理器为了在单位面积里塞进更多晶体管，工艺制程不断微缩，核心供电电压被压到约 0.4–0.8 V。与此同时，芯片面积越来越大，单颗处理器的负载电流预计在未来十年冲向 10,000 A，是现在的 10 倍。
电压越低、电流越大，供电网络（PDN）里每一毫欧电阻都在以 I²R 的方式烧钱。传统横向供电把 VRM 功率级和电感摆在处理器四周，电流在 PCB 铜层里“绕远路”，路径长、过孔多、寄生电感大。当电流逼近万安培时，主板已经不再是“连接器”，而是变成了一枚发热器和电压塌陷器。
是什么二、横向 vs 垂直：供电路径的 90° 旋转
传统横向供电就像把水龙头摆在浴缸四周，水流要沿着池壁绕半圈才能到达中心；而垂直供电则是把进水口直接开到浴缸底部，水流从下往上顶。
图 1 ｜ 横向供电 vs 垂直供电。左侧：VRM 与电感围绕 GPU 排布，电流在主板平面上横向流动；右侧：背面功率模块直接贴在主板背面，电流垂直穿过 PCB 进入处理器背面。
（基于英飞凌《AI 供电的未来》白皮书图 1 重绘）
垂直供电的核心思路是：把多相降压电路的芯片组与电感做成一个紧凑的背面功率模块，直接安装在主板（或转接板）背面，与处理器背面对齐。电流从模块出来，经过最短的垂直过孔阵列，直接流入芯片背面的供电凸点。
结果是：供电路径从“厘米级”压缩到“毫米级”，PCB 层数可以更少，PDN 电阻和寄生电感大幅下降，瞬态负载响应明显改善——这正是 AI 训练卡在高频抖动负载下最需要的。
怎么做三、背面功率模块：把多相降压“压”成一块芯片
背面垂直供电模块不是简单地把电感翻个面，而是把功率级 MOSFET、驱动、电感通过 3D 集成工艺“叠”在一起。英飞凌的技术路线可以概括为：低压硅基 MOSFET + 芯片嵌入封装 + 专利 3D 集成。
图 2 ｜ 功率模块电流密度演进。从早期模塑封装的约 0.2 A/mm²，到 2021 年芯片嵌入方案的 0.4 A/mm²，再到第三代背面垂直功率模块达到 2 A/mm²，四年内翻了约 5 倍。
（基于英飞凌白皮书图 2 重绘）
核心特性
多相降压芯片组 + 电感一体化 芯片嵌入封装，3D 垂直互连 电流密度最高达 2 A/mm² 适配 0.4–0.8 V 极低核心电压
核心优势
PDN 路径缩短，I²R 损耗下降 寄生电感降低，瞬态响应更快 正面 PCB 面积释放给高速走线 为万安培级处理器提供物理可行性
怎么做四、从 800 V 到 0.8 V：两条降压路线怎么走
VPD 解决的是“最后一厘米”，而前面还有从 800 V 高压直流母线降到 VPD 输入的“前面几公里”。英飞凌研究了两条主要路线：
图 3 ｜ 800 V 直流母线到 0.8 V 芯片核心的两条路径。Path A：800 V→54 V→6 V→VPD，VRM 损耗更低、瞬态更好；Path B：800 V→12 V 直达，省一整级变换、省主板空间。
（基于英飞凌白皮书图 3、图 7/9/10 重绘，效率数据为实测值）
路线 A（三级）：800 V → 54 V 高压 IBC → 6 V 中压 IBC（8:1 混合开关电容）→ VPD。由于 VRM 损耗与输入电压的平方成正比，把 VRM 的输入从 12 V 降到 6 V，可以显著提升效率、提高开关频率、减少靠近处理器的去耦电容数量。这条路更适合采用夹层卡方案，把 IBC 和 VRM 都做在主板上方的夹层里。
路线 B（二级）：800 V → 12 V 直接降压，再交给 VPD。省去中间 54 V/6 V 级，虽然 VRM 侧效率略低，但省掉一整级变换器和对应空间，对主板寸土寸金的 AI 服务器来说同样有吸引力。
另外，服务器主板直接挂在 800 V 直流母线上，预充电 + 电子保险丝（eFuse）+ 热插拔成为标配。英飞凌用高压热插拔控制器配合 1200 V SiC JFET，能把 300 µF 输入电容在 0 V 到 800 V 之间线性预充电，并在故障时毫秒级切断。
证明五、不是 PPT：三块演示板的实测效率
英飞凌为上述路线做了多个公开演示板，效率数字都来自实测，不是仿真：
| 97.4% | |||
| 98.5% | |||
| ~97.5% |
把这些数字串起来看：即使从 800 V 一路降到 0.8 V，经过三四级转换后，整条链路的总效率仍有潜力做到 90% 以上。垂直供电把最后一跳的损耗压低，是让这个总账成立的关键。
趋势六、VPD + HVDC：从电网到内核的“全直流拼图”
往大了看，VPD 是 800 V 高压直流供电架构的“最后一跳”。前面几公里的拼图是：固态变压器（SST）把 10–35 kV 中压交流直接变到 800 V 直流，电子保险丝（eFuse/SSCB）在故障时毫秒级保护，中间总线转换器（IBC）把 800 V 降到适合 VPD 的 6 V 或 12 V。
这三块拼在一起，就是一条从电网到芯片内核的全半导体功率链路：没有机械变压器、没有机械断路器、没有大铜排，只有高频开关和越来越短的电流路径。
七、参考文献
[1] Infineon Technologies. Powering the Future of AI（AI 供电的未来）[R]. Munich: Infineon Technologies AG, 2025.
[2] Infineon Technologies. Application Selection Guide: Data Centers and AI Data Centers（数据中心和AI数据中心产品选型指南）[R]. Munich: Infineon Technologies AG, 2026.
[3] 行业公开资料. AI 数据中心 800 V 高压直流供电演进路径[EB/OL]. (2026)[2026-07-30].
收尾
英飞凌白皮书的扉页上有一句话：
当 AI 处理器疯狂地把晶体管做小、把芯片做大，它其实在倒逼整个供电系统重新设计。垂直供电不是散热那样“锦上添花”的优化，而是让万安培电流在 0.8 V 下还能稳定运行的物理前提。从 800 V 到 0.8 V，中间每一级降压都在靠近芯片，直到最后一级直接“焊”到芯片背面——这才是未来数据中心的供电终局。
来源：数据中心随笔
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