关注公众号，点击公众号主页右上角“ · · · ”，设置星标，实时关注旺材芯片最新资讯
一、功耗破局：当AI GPU迈入数千瓦时代
AI训练与大语言模型的算力需求仍在指数级增长，但一个不容忽视的现实正在浮现：芯片功耗的爬升速度，正在逼近传统供电架构的物理极限。
以英伟达历代AI处理器为例，B200功耗约1000W，Blackwell Ultra进一步提升，而Rubin Ultra的预测功耗已达约3600W。这意味着未来单颗AI芯片需要的供电电流将从数百安培迈向数千安培级别，传统电源管理方案在效率、功率密度和散热能力上面临前所未有的挑战。
与此同时，AI服务器机柜的系统功率也在快速攀升。从GB300 NVL72的120kW、144颗GPU，到Rubin Ultra NVL576的600kW、576颗GPU，计算密度提升了4倍，但供电网络的复杂度呈指数级增长。液冷系统、电源模块布局以及供电网络设计都需要根本性升级。
业界共识是：AI计算系统的技术瓶颈已不再局限于晶体管性能和计算架构，电力供应、热管理以及封装空间正在成为制约系统扩展的核心因素。
二、技术路线：从横向供电到垂直供电再到IVR
传统数据中心供电架构采用多级电压转换方式，电力经过UPS、电源供应单元、中间总线转换器以及电压调节模块，最终转换为AI处理器所需的低电压、大电流。这套架构虽然成熟，但随着机柜功率突破百千瓦级，多级转换带来的能量损耗、空间占用和散热压力逐渐成为瓶颈。
在芯片级供电层面，电压调节技术正在经历三个阶段的演进：
第一阶段：传统横向供电。 多相电压调节器部署在处理器周围，通过较长走线向芯片供电。这种方式在低功耗时代行之有效，但当电流达到数千安培时，PCB走线的寄生电阻和电感造成的损耗已不可接受。
第二阶段：垂直供电。 将电源模块布置在处理器正下方，大幅缩短供电路径。VPD 1.0目前已在谷歌TPU、特斯拉Dojo等方案中量产落地，模块厚度可做到1.x毫米，两级功率变换峰值效率达96%以上。
第三阶段：集成电压调节器。 将电源转换功能进一步集成到靠近计算芯片的位置，甚至嵌入封装或晶圆内部。IVR通过将电源控制电路、功率开关、电感、电容及保护电路进行更高程度的集成，使电压转换功能更接近AI处理器，从而缩短供电路径、改善动态负载响应，并降低电源管理系统的空间占用。
三、关键技术突破：片上电感与先进工艺协同
IVR的实现面临一个核心难点：电感集成。传统电源模块依赖独立磁性元件，这些元件在面积和高度上限制了系统集成密度。随着电源转换频率提升，如何在芯片或封装内部集成具有足够电感量、低直流电阻和良好饱和电流特性的磁性元件，成为IVR技术发展的关键。
片上磁性器件集成技术提供了突破方向。通过在CMOS芯片后段工艺之上构建具有磁芯的螺线管式电感和变压器，可以实现磁性元件与半导体芯片的高度集成。相关技术采用厚度约25微米的超厚铜导体以降低绕组电阻，通过磁芯材料提高电感密度，在原有硅芯片基础上仅增加约75微米的Z轴高度。
工艺层面，先进FinFET与BCD工艺正在协同发展。FinFET凭借三栅极结构实现更强的沟道控制能力，适用于2V输入的负载点IVR应用。55纳米级BCD工艺则面向5V输入场景，结合双极型、CMOS及DMOS器件技术，可实现功率器件与控制逻辑的高度集成。
一项联合验证成果值得关注：采用55纳米级BCD工艺的IVR测试芯片，集成了四相耦合电感结构，输入电压2V，输出电压范围0.5至1.3伏，持续输出电流10安培，开关频率高达50MHz，整体转换效率约85%，芯片尺寸仅为3毫米乘3毫米乘0.4毫米。
四、产业展望：供电架构变革的时间表
从产业化节奏来看，AI芯片供电架构的变革正在分层次推进：
短期（2026至2027年）：VPD 1.0进入规模化商用阶段，英伟达Feynman世代有望首次导入垂直供电。800V机柜方案开始推广，DrMOS、TLVR电感、硅电容等配套元器件迎来增量机遇。
中期（2028至2029年）：VPD 2.0小批量落地，供电嵌入载板的过渡方案开始试产。PTV功率模块行业标准有望确立，硅电容渗透率逐步提升。
长期（2030年以后）：VPD 3.0晶圆背面供电配合封装内IVR成为终极方案。Intel、台积电等已在重点研发，但大规模普及仍需5年以上时间。
来源：综合网络报道
专心 专业 专注
【免责声明】文章为作者独立观点，不代表旺材芯片立场。如因作品内容、版权等存在问题，请于本文刊发30日内联系旺材芯片进行删除或洽谈版权使用事宜。邮箱liyan.ma@51wctt.com。电话：13671560361线上广告合作：17301750044
