AI 芯片的"电力革命"
文 | 邱吉洲聊AIDC电源模块
引言：一颗芯片，吃掉一座小城市的电
如果你关注 AI 和数据中心行业，你可能听过这样一句话："算力的尽头是电力。" 这并非夸张。
以英伟达（NVIDIA）最新的 GPU 为例，单颗芯片的功耗已经从几年前的 300W 飙升到 1000W 以上，未来甚至可能突破 2000W——相当于一台家用空调的功率，全部集中在一张银行卡大小的芯片上。更夸张的是，这些芯片的工作电压极低（不到 1V），这就意味着供电电流高达数千安培。
在这种"低压大电流"的极端条件下，传统的供电方式已经走到尽头。于是，一种被称为 VPD（Vertical Power Delivery，垂直供电）的新技术应运而生，正在成为 AI 芯片行业的"标配"。
本文将用通俗的语言，带你理解：为什么 VPD 如此重要？它改变了什么？谁会从中受益？
一、传统供电的瓶颈：为什么"横向"不够用了？
1.1 一个直观比喻：水管越长，水压损失越大
想象你要给一栋 50 层的高楼供水。如果把水泵放在大楼旁边的地面上，水需要经过很长的管道才能到达顶层，一路上水压损失巨大。更好的方案是把水泵放在楼顶附近，缩短输水距离。
AI 芯片的供电问题，本质上是一样的道理。
传统的供电方式是"横向供电"（Lateral Power Delivery，LPD）：电源模块放在芯片旁边的主板上，电流从电源模块出发，穿过印刷电路板（PCB）的铜层、穿过成百上千个细小的焊球（BGA Solder Ball）、穿过封装基板，最后到达芯片核心。整个路径弯弯曲曲，长度可能达到几厘米。
在电流只有几十安培的年代，这点距离不算什么。但当电流突破 1000A、2000A 甚至更高时，路径上的每一段微小电阻都会被巨大的电流"放大"——这就是 I²R 损耗的核心：电流翻倍，损耗翻四倍。
1.2 一个"死循环"
传统横向供电还面临一个令人头疼的"死循环"：
- 电流越大 → 需要更多焊球来传输电流
- 焊球越多 → 封装面积越大
- 封装面积越大 → 供电路径越长、电阻越高
- 电阻越高 → 损耗更大、需要更強的供电能力
- 又回到第一步……
最终，仅仅为了给芯片供电所需的面积，可能接近甚至超过芯片本身的面积。这个模式的物理天花板已经触手可及。
1.3 压倒骆驼的最后一根稻草：HBM 挤占了所有空间
更关键的是，新一代 AI 芯片需要在 GPU/XPU 周边放置大量 HBM（高带宽内存），HBM 已经占据了封装周围几乎所有的物理空间。2026 年 CES 上，英伟达宣布其下一代 Rubin 架构将 100% 采用 VPD——原因很简单：HBM4 内存已经没有给横向供电留位置了。
二、VPD 是什么？一张图就够了，我们来用文字画给你
VPD 的核心思想极其简洁：把电源模块放到芯片的正下方（PCB 背面），让电流"垂直向上"穿透 PCB 层直接给芯片供电。
打个比方：传统横向供电，好比把电源放在桌子旁边，电线绕一圈才接到桌上的设备；VPD 则是在桌子下方直接打孔，电源从正下方垂直供电——路径最短、损耗最小。
这不是简单的"把电源做得更小"，而是一次供电路径的系统级重构。用一句工程师的话来概括：VPD 是用空间位置换取电气效率，用封装复杂度换取系统可扩展性。
2.1 VPD 的四大核心收益
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收益维度 |
具体表现 |
通俗理解 |
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大幅降低损耗 |
PDN 电阻从 90~140 μΩ 降至 10~15 μΩ，降低约 89% |
原来 30% 的电浪费在路上，现在不到 5% |
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释放主板空间 |
电源模块移到背面，正面留出空间 |
可以多放 HBM 内存和光模块 |
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改善供电质量 |
路径缩短 → 电感降低 → 瞬态响应更快 |
AI 突算时电压不会"掉链子" |
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支撑更高电流 |
突破焊球瓶颈，可扩展到 10000A+ |
支持下一代更强 AI 芯片 |
2.2 关键技术概念：In-Package IVR
VPD 的一种核心实现方式是 In-Package IVR（封装内集成电压调节器）。它的关键理念是：把电压转换的位置尽量靠近芯片核心，让更高电压（损耗更小）走长途，让低压大电流只走极短距离。
具体来说，IVR 可以在封装内部完成 48V→0.8V 的电压转换，根据转换比的不同，衍生出 2:1、4:1、8:1 等多种拓扑方案。每一代都意味着更短的电流路径和更高的系统效率。
三、技术演进：从"贴膏药"到"嵌入式"的三步走
英飞凌（Infineon）提出了一个清晰的三阶段演进框架，已经得到行业广泛认可：
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阶段 |
名称 |
方案描述 |
PDN 总电阻 |
状态 |
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第一阶段 |
离散/横向供电 |
功率级、电感、电容布置在芯片旁边；成本低，生态成熟 |
90~140 μΩ |
成熟，但逼近极限 |
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第二阶段 |
背面垂直供电 |
供电模块放在 PCB 背面、芯片正下方，垂直穿透供电 |
10~15 μΩ |
★ 当前大规模 |
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第三阶段 |
基板集成稳压器 |
电压调节器直接集成在封装基板内，路径极致精简 |
7~10 μΩ |
概念/预研阶段 |
目前，我们正处于第二阶段（BVM）的大规模商业化起点。标志性事件就是英伟达 Rubin 架构全面采用 VPD 方案。而第三阶段的 SIVR 可能需要台积电（TSMC）等晶圆厂与芯片设计公司深度合作才能实现，预计还需要 3~5 年。
四、产业链全景：谁在布局 VPD？
VPD 不是一家公司的事情，它是一个横跨芯片设计、先进封装、电源管理 IC、磁性元件、PCB 制造的完整产业链。以下是主要参与者的梳理：
4.1 芯片设计方（需求驱动者）
- 英伟达（NVIDIA）：Rubin 架构率先全面采用 VPD，是最大推动力
- 谷歌（Google）：TPU 自研芯片也在探索 VPD 路线
- 英特尔（Intel）、AMD：均有布局
- 华为：已提交"芯片垂直供电系统"发明专利
4.2 电源方案提供商（核心受益者）
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公司 |
核心方案 |
关键指标 |
备注 |
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Vicor |
Factorized Power |
PDN 电阻 5~7 μΩ |
最大受益者 |
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Infineon |
OptiMOS TDM2454xx |
电流密度 2A/mm² |
沟槽式技术 + |
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MPS |
Z 轴供电（ZPD） |
PDN 损耗降低 >10 倍 |
集成输出电容 |
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ADI |
Notch CL 耦合电感 |
改善瞬态与纹波 |
尚需客户验证 |
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Delta |
双层叠板集成模块 |
16相，24相，28相，32相，40相 |
埋电感技术 |
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Renesas |
多相控制器 + |
支持 AI 大电流场景 |
生态成熟 |
4.3 封装与制造环节
- 台积电（TSMC）：CoWoS 先进封装是 VPD 的关键载体，In-Package IVR 依赖 TSMC 的低阻 Interposer 和 RDL 互连技术
- 日月光（ASE）、安靠（Amkor）：封装测试环节
- PCB 厂商：高多层板、厚铜板需求增加，如沪电股份、深南电路、中富电路等
4.4 上游材料与器件
- 磁性元件（电感/变压器）：VPD 模块要求超薄、高频率、低损耗——是核心增量环节
- 电容：高密度、低 ESL 的 MLCC 需求增长
五、市场前景：一个正在爆发的百亿级赛道
5.1 AI 数据中心的电力"黑洞"
AI 正在彻底改变数据中心的电力需求结构：
- 数据中心目前消耗全球约 2% 的电力
- AI 推动下，2023-2030 年数据中心功率需求预计增长 165%
- 单颗 AI 芯片的功耗从 400W（2020）→ 1000W（2024）→ 2000W+（2026-2027）
- 核心电压持续走低（6~0.8V），使电流呈指数级增长
这种趋势下，VPD 不仅是"更好的方案"，而是"唯一可行的方案"。
5.2 市场量级估算
基于公开信息推算：
- 英伟达 Rubin 系列 GPU 预计 2026-2027 年出货量在百万颗级别
- 每颗高端 GPU 对应一套 VPD 电源模块（含多路输出），价值约 50~200 美元
- 仅英伟达 GPU 对应的 VPD 市场，年规模可达 5~20 亿美元
- 加上谷歌 TPU、AMD、英特尔、华为等，以及数据中心整机柜方案，整体 VPD 相关市场规模有望在 2030 年前突破 50 亿美元
- 如果考虑上游磁性元件、电容、PCB 等配套市场，间接带动的产业链规模更为可观
5.3 关键催化节点
- 2026 年 CES：英伟达官宣 Rubin 采用 VPD → 行业确定性确立
- 2026-2027：Rubin 量产 → VPD 进入大规模验证阶段
- 2027-2028：AMD、谷歌等跟进 → VPD 成为行业标配
- 2028-2030：SIVR（封装内集成）开始落地 → 下一波技术升级
六、投资视角：关注什么？
6.1 确定性最高的环节
VPD 电源模块供应商是确定性最高的受益方向。目前主要的厂家是Vicor， Flex Power和Delta，但 Infineon、MPS 等也在快速追赶，后起之秀还有沛塬和能利芯。
6.2 增量最大的环节
磁性元件（芯片电感/变压器）可能是增量最大的环节之一。VPD 模块中的超薄电感是核心难点，每颗 GPU/XPU 需要多个电感，且对频率、损耗、尺寸有严格要求。
A 股相关概念标的包括：铂科新材（金属磁粉芯）、东睦股份（一体成型电感）、顺络电子（片式电感）等。
6.3 长期逻辑：从"卖芯片"到"卖系统"
VPD 的推广意味着电源不再是附属品，而是与芯片深度绑定的系统级组件。英伟达的 MGX、Rubin 整机柜方案已经体现了这种趋势——芯片公司越来越像一个"系统公司"，VPD 是其中不可或缺的一环。
这意味着：电源管理从"配角"升级为"核心组件"，相关企业的行业地位和议价能力有望系统性提升。
6.4 需要关注的风险
- 技术迭代风险：VPD 涉及先进封装、高频开关、精密控制等多学科交叉，技术门槛极高，早期良率和可靠性可能不达预期。
- 供应链集中度：VPD电源模块主要是客制化的需求，一家独大可能带来供应链风险，英伟达等下游客户有动力扶持二供。
- 散热难题：电源模块放在芯片正下方，两股热量叠加，对散热设计提出极高要求。
- 工程化风险：VPD对于材料，用胶，封装结构设计，老化、测试等都相对于其他砖块电源有极高的挑战，工程化及量产的可靠性目前是业界最大的挑战。
- 地缘政治：高端芯片和先进封装的地缘限制可能影响 VPD 的供应链格局。
七、总结：VPD 为什么值得关注？
如果把 AI 芯片比作"大脑"，那么供电系统就是"心脏"——大脑越强大，对心脏的要求就越高。VPD 的本质，是为这颗越来越强大的"AI 心脏"铺设一条最短、最高效的"血管"。
以下几点值得记住：
- VPD 不是一项"渐进改良"，而是一次供电架构的范式转移——从"横向绕路"到"垂直直达"；
- 英伟达 Rubin 的全面采用，标志着 VPD 从"可选方案"升级为"确定性路线"；
- 2026-2028 年将是 VPD 大规模商业化的关键窗口期；
- Vicor， Flex Power和Delta是当前最明确的受益标的，但竞争格局仍在快速演变中；
- 对于中国产业链而言，磁性元件、先进 PCB、封装测试及VPD模块等环节存在结构性机会。
—— 数据来源：TSMC APEC2026 资料、Vicor 官网、Infineon 公开资料、EET-China 等公开信息整理
作者：邱吉洲，南京能利芯科技有限公司副总裁
(来源：钛媒体)
