垂直供电（VPD）：AI芯片供电的“必选项”是如何炼成的？

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当一颗AI芯片的功耗从700瓦飙升至1800瓦，而核心电压却降至0.75伏时，电流将高达2400安培。在这样的物理极限下，传统供电架构正在成为算力提升的最大掣肘。垂直供电模块（VPD）正从一个可选方案，转变为AI芯片供电的“必选项”。

一、三大物理约束：为什么非变不可？

功率与电流的指数级增长是第一个驱动力。从英伟达H系列700瓦，到E系列1.2—1.4千瓦，再到Rubin架构预计的1.8千瓦，核心电压却持续下探至0.7—0.8伏。以1.8千瓦、0.75伏计算，电流高达2400安。在传统横向供电网络中，电流超过850—1000安时，路径损耗便超过100瓦；2400安电流下，损耗将逼近600瓦——相当于芯片自身功耗的三分之一，这在工程上完全不可接受。而垂直供电方案可将PDN电阻降至5—7微欧姆，同等电流下损耗仅约35瓦，实现数量级的改善。

物理空间的挤压是第二个硬约束。新一代AI芯片四周被HBM高密度环绕，随着HBM4对带宽要求的提升，封装周边已无空间留给传统横向供电元件。将电源模块移至PCB背面、正对芯片下方，是目前唯一可行的布局选择。

瞬态响应的苛刻要求则是第三个关键因素。AI负载的电流变化极为剧烈，传统供电路径长、寄生电感大，会导致显著电压跌落，迫使芯片降频。垂直供电将供电路径从几厘米缩短至几毫米，瞬态响应能力大幅提升，确保算力稳定发挥。

二、技术路线与主流方案：从平铺到嵌入

垂直供电的技术演进遵循一条清晰逻辑：电源与芯片的距离越来越近——从平铺、背贴到嵌入。

当前主流产品是VPD模块。代表性方案有两类：一是MPS为谷歌TPU定制的12V转1V模块，单模块输出电流约260安，采用Z轴供电（ZPD）技术，每颗TPU需使用20—40个模块，是目前规模化落地最大的产品。二是Vicor的差异化路线，不采用12V中间母线，而是将48V直接置于芯片下方，通过固定变换比的电流倍增器降压增流。目前仅有Vicor能实现这一方案，这也使其成为行业焦点。

值得关注的是，Vicor近期发起专利诉讼，被告名单基本覆盖所有可替代其技术路线的主流厂商。Vicor试图将专利主张从自身的FPA架构延伸至“将电源置于处理器正下方”的系统级层面。若主张成立，Vicor将从模块供应商转变为整个垂直供电领域的专利收费方。然而该主张能否成立存在较大不确定性——此前“1370”案中台达电子针对Vicor专利的无效复审曾被驳回，显示其专利具有一定稳定性，但Vicor也承认此次针对VPD的专利主张尚属首次。

三、市场空间：从5亿到81亿美元的跃迁

根据测算，全球AI芯片VPD市场规模将从2026年的近5亿美元增长至2028年的39亿美元，到2030年将达到81亿美元，2027—2030年复合年均增长率接近72%。

这一预测基于自下而上的测算框架：加速卡出货量 × VPD渗透率 × 单卡价值量。关键假设包括：英伟达高端GPU出货量预计2027年500万颗、2028年800万颗、2030年1200万颗；谷歌TPU出货量预计同期分别为700万、900万、1200万颗；其他ASIC芯片出货量分别为400万、700万、1000万颗。VPD渗透率假设较为乐观，基本在80%以上。

敏感性分析显示，基于2028年约2000万套VPD出货量测算，单卡价值量每变动50美元，市场规模将相应变动10亿美元。这意味着，技术方案的选择、专利许可费用的高低、以及规模化带来的成本下降，都将对最终市场空间产生显著影响。

四、结语：供电架构正在重塑AI芯片竞争力

垂直供电的意义不止于解决“怎么供电”的问题。它将电源热源转移至PCB背面，改善了散热布局；它缩短了供电路径，提升了瞬态响应；它为HBM腾出了宝贵的周边空间。在AI芯片功耗持续攀升、算力竞争白热化的背景下，供电架构的创新正在成为决定芯片竞争力的关键变量之一。

无论是英伟达、谷歌还是其他AI芯片玩家，VPD都已不是一个“要不要用”的问题，而是“用谁的方案、什么时候用”的问题。而这场围绕供电架构的技术竞赛，才刚刚拉开帷幕。

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