國防軍工行業(yè):AIDC電源的“最后一公里”,板載電源的高密高集成化革命.pdf
- 上傳者:風(fēng)****
- 時間:2026/03/02
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國防軍工行業(yè):AIDC電源的“最后一公里”,板載電源的高密高集成化革命。AIDC 算力建設(shè)增長,熱功耗增長驅(qū)動數(shù)據(jù)中心電氣架構(gòu)全面升級。隨著北美及亞太地區(qū) AI 市場高速增長,智 算中心(AIDC)建設(shè)進入高峰期。AI 芯片(GPU/ASIC)的 TDP(熱設(shè)計功耗)呈指數(shù)級增長,以 NVIDIA B300 為例,其 TDP 已達 1400W,導(dǎo)致單機柜功率密度正從當(dāng)前的不足 20kW 向未來的兆瓦級邁進。根據(jù)維諦 《智算中心基礎(chǔ)設(shè)施演進白皮書》統(tǒng)計,目前國內(nèi)單機架功耗從通算中心(傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心)的 4-6kW 向智算中 心(AIDC)的 20-40kW 邁進,未來有望逐步提升至 40-120kW 甚至更高,智算中心機架呈現(xiàn)高功率密度趨勢。 智算中心機架高密度對配電設(shè)備面積占比、電能利用率、服務(wù)器電源功率、散熱效率提出更高的要求。
架構(gòu)革新:AI 機柜功率密度快速提升,AIDC 電氣架構(gòu)有望向 800V HVDC 升級。相比 415V 交流電,800V 直 流電可在相同銅截面積下提升傳輸功率,顯著降低電流和線纜體積,并將電源組件移出核心算力區(qū),釋放機架 空間。英偉達已在其白皮書中明確推薦 800V HVDC 作為下一代 AIDC 標(biāo)配,計劃 27 年啟動高壓化改造, 30 年規(guī)模化應(yīng)用,以實現(xiàn)對兆瓦級機柜高效供電。微軟、谷歌亦分別推出了分離式高壓直流方案。HVDC 相較于 UPS 具備高轉(zhuǎn)換效率、空間優(yōu)化、可靠性高、靈活可擴展等優(yōu)勢,有望隨智算中心建設(shè)逐步滲透。
低電壓大電流趨勢驅(qū)動板載電源架構(gòu)升級,三次電源加速向高度集成化、垂直化、模塊化方向演進。隨著電流 飆升,電流在主板橫向傳輸時產(chǎn)生的 PDN 損耗呈平方級增長,此外伴隨 PCB 板上空間資源集成化,分立式器 件無法兼顧高性能與緊湊布局,進而產(chǎn)生板載電源兩大重要趨勢。(1)電源器件從“分立”走向“高度集成”: 為解決分立器件占板面積大、設(shè)計復(fù)雜的問題,DC/DC 電源正從分立方案向電源模塊演進。通過將 DrMOS、 電感、電容集成于單一封裝,功率密度大幅提升,簡化了設(shè)計并降低了 EMI。(2)供電模式從“橫向”走向“垂 直供電”:垂直供電(VPD) 是解決大電流傳輸損耗的終極方案。它將電壓調(diào)節(jié)模塊(VRM)從處理器周邊移 至主板背面、處理器正下方,電流通過基板通孔“垂直”向上直達芯片焊盤。VPD 將供電路徑縮短至極限,能 降低 PDN 阻抗數(shù)倍以上。Vicor、Google 等廠商已推出成熟的 VPD 模塊,支持 2500-3000A 以上的電流需求。
電源 PCB 有望從單一基板角色演進為“功能化載板”,高密度集成為核心趨勢。板載電源高集成度、垂直化需 求倒逼 PCB 本身發(fā)生革命性變化。(1)高密度化、無源器件嵌入:三次電源 PCB 正變得極其精密(如中富電 路在 17x23mm 尺寸內(nèi)集成 14-18 層 PCB),要求 PCB 具備高多層、重銅、HDI 工藝,以承載 800W 以上功率 傳輸。此外為釋放表面空間并縮短路徑,電感、電容等被動元件正被直接埋入 PCB 內(nèi)部。(2)電源模塊嵌入 PCB 以實現(xiàn) IVR 功能,電源 PCB 從單一基板演進為封裝功能載板:集成穩(wěn)壓器(IVR)核心思想是將傳統(tǒng)分 散的電源管理組件(如功率晶體管、電感和電容等)高度集成到單個芯片或封裝內(nèi),其采用“近距離供電”理 念,將電壓調(diào)節(jié)功能集成到處理器封裝內(nèi)部或直接嵌入芯片中,極大縮短了供電距離。對 PCB 而言,其需要采 用 mSAP 工藝加工更精細(xì)的線寬線距,以實現(xiàn) IVR 功能的封裝及嵌入,電源 PCB 未來有望承擔(dān)更多封裝功能。
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