AI加速卡上的电容，可能将迎来形态大变化...

其实仔细想想，即便不谈计算之外的环节，一块显卡或AI加速卡上，涉及的组件的确不单是中间那片计算大die及其周边的存储器，还有芯片封装和板子上的各类其他构成要素，包括信号、供电及各类被动器件。Vvlesmc

所以今年慕尼黑上海电子展上，村田召开媒体会的主题就是围绕Computing（计算）话题的HPC AI市场。村田在AI加速卡市场提供包括在芯片、封装及主板之上的相关组件产品如下图：Vvlesmc

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显然生成式AI的大热，也将带动村田这类行业角色的增长曲线上扬。这次媒体会上，村田主要介绍的是其MLCC陶瓷电容产品，以及一类可能很快就要在HPC AI市场上发光发热的硬货：内置埋容。Vvlesmc

一种新型“内置埋容”方案

这种名为“内置埋容”的新品被村田称作“Integrated package solution（集成封装解决方案）”，通俗解释“capacitor embedded substrates（嵌入到基板中的电容）”。村田工程师介绍说，内置埋容就是聚合物铝电容+叠层基板（substrate）构成的新产品。Vvlesmc

埋容的电容量密度大约在2.5-3.0μF/mm²范围，厚度约350μm。这里的容值密度按面积来计，故而表现出埋容解决方案的容量密度更大。实际以体积来计，MLCC依然有着最高的容量密度。Vvlesmc

内置埋容产品主要有两大特点，其一是pad结构内部集成了通孔，有了通孔，也就能自上而下进行基板不同用途的直接连接。其次，埋容在DC bias（直流偏压）和温度特性上有优势。Vvlesmc

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村田工程师将3种不同尺寸规格的埋容方案，与MLCC做了不同偏置电压与不同温度下，容值变化的对比。在不同偏置电压下，埋容表现出相对平稳的容值；而在高温下，其容值稳定性也优于一般的MLCC。Vvlesmc

村田认为，基于埋容的形态和特性，这种产品非常适合用在HPC AI服务器中的AI加速卡上。因为数据中心AI服务器越来越追求更高的效率和更低的功耗。Vvlesmc

卢国荣（村田电子贸易(深圳)有限公司市场及业务发展统括部战略营销营业部高级经理）在媒体会上提到AI带来的挑战主要就是高功耗——这的确也是时下HPC AI最热的话题之一。Vvlesmc

之所以说埋容方案有利于实现节能、降低功耗，其中一大原因是村田相信，未来AI加速卡会走向垂直供电（Vertical Power Delivery）方案。而在传统方案下，供电模块和计算die位于加速卡的同一侧。Vvlesmc

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为实现节能，应当尽可能缩短主die和供电模组之间的走线距离，这么做还能提升供电效率。所以垂直供电方案应运而生，在此方案下，供电模组位于主板另一侧。原本这个位置的MLCC电容就基本没什么放置空间了，埋容技术即可展现优势。Vvlesmc

在供电模组和主IC的封装基板内，都内置埋容，“提供大容值的电容”。工程师告诉我们，这种垂直供电方案明后年就会看到对应的市场需求。Vvlesmc

比较遗憾的是，村田暂未对外披露有关埋容相较MLCC，功耗和成本的具体数值。不过工程师在答记者问时提到，“比如100个MLCC都要做SMT焊接，如果用埋容方案可能只需要1片。”更系统的成本对比大概还有商榷的余地，“不能只看器件成本的简单对比”。Vvlesmc

村田预计会在明年下半年开始量产这种内置埋容产品。主推的产品会有3种不同尺寸规格，其容值密度、厚度和耐温耐压特性都是一致的。Vvlesmc

村田工程师说，村田可以根据客户需求提供不同的供货方式，比如仅提供埋容技术的产品，由客户来埋；或者客户也可以选择将PCB、基板出货给村田，由村田来完成埋容的嵌入操作。“我们也会对最终PCB产品做可靠性、性能等相关测试。”Vvlesmc

适用于AI市场的MLCC

除了埋容这种面向未来的解决方案，村田的聚合物铝电容和MLCC陶瓷电容同样是AI市场的刚需。以下是村田面向该市场提供的电容产品的产品线：Vvlesmc

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其中聚合物铝电容是AI加速卡市场使用相当广泛的产品——尤其在考虑到价格、性价比等因素时。工程师表示，村田的470μF聚合物铝电容产品也在朝着low ESR的方向发展。Vvlesmc

和埋容方案的比较已经展示了，MLCC的容值虽然会受到DC Bias和温度变化的影响，但一方面“村田官网会标注每颗料的变化特性”，另一方面其ESR相较聚合物电容具备长期稳定性。Vvlesmc

此外对于更追求容量密度的AI加速卡，MLCC也更适用：大算力芯片需求高功率，芯片制造工艺技术提升带来更低的核电压，则意味着对纹波大小有更严苛的要求，以及需要更大的电流。Vvlesmc

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也就是说，在AI加速卡尺寸固定的情况下，需要更高的电容量，则意味着对更高容量密度的追求。“这要求我们提供更小型化、大容量的产品”。卢国荣总结，面向AI加速卡市场时，村田的元器件解决方案主要看重两点：高可靠性、高容量密度。Vvlesmc

工程师则告诉我们，村田的MLCC开发包括100V和中低电压电容。100V MLCC面向现在比较常见的OAM模组——这类模组的供电通常是48V。“20年前，1210"的MLCC还只能做到1μF电容量，现在1210"已经可以做到10μF了；村田目前能做的还包括0603"/1μF，0805"/2.2μF。”Vvlesmc

中低电压MLCC产品“更是村田的强项”，0201"尺寸电容的容量可达10μF——“这是村田0201尺寸做到的容量最大的电容产品”，另外还包括0402"/22μF, 0805"/100μF规格，“都已经在服务器上大量使用”。Vvlesmc

此外，村田工程师特别谈到用于芯片封装基板上方（die侧）的表贴电容（DSC）和下方（BGA侧）的背贴电容（LSC）组合方案。表贴电容追求小型化大容量，以及Low ESL；背贴电容除了Low ESL要求外，还追求低厚度。Vvlesmc

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“用更多电容，可以实现阻抗的最优设计。”工程师表示，“反映到阻抗曲线上，大容量电容优化低频阻抗，lowESL电容优化高频阻抗。”“另外，并联更多电容也让ESR更低。”村田对应提供和推荐的产品如上图所示，其中涵盖长宽倒置电容和3端子电容——尤其在背贴电容位置，220μm高度的3端子电容可选0402"/1μF，长宽倒置电容可选0204''/2.2uF产品。Vvlesmc

在Low ESL实现方面，长宽倒置电容和3端子电容，相比传统的2端子电容也有明显的优势。“电流通路的长短决定了ESL的大小。长宽倒置电容将电极位置倒了过来，电流通路也就更短；并且Pad变大以后，从整体上来看ESL也就变小了；3端子电容有4条通路，端子和端子间的距离很短，所以3端子电容在高频下的ESL是最低的。”Vvlesmc

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具体到应用上，媒体会上村田着重介绍了3端子MLCC方案、100V高容MLCC，和100μF以上的MLCC。Vvlesmc

比如工程师提到一个3端子MLCC可以替代多个2端子MLCC，显著减少占板面积，并因此有效缩短了主芯片和PMIC之间的距离，降低损耗；100V高容MLCC可用于OAM模组；以及100μF以上MLCC，相较聚合物电容在low ESR、容量密度方面的显著优势...具体到产品，本文不做详述。Vvlesmc

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总的来说，村田认为中国AI市场规模庞大。卢国荣援引统计机构的数据显示，中国国内不仅AI大模型数量多，而且AI芯片市场快速增长，“从2018年到2025年，CAGR增长率接近70%。”卢国荣谈到，“村田的Computing市场涵盖CPU和各种XPU，乃至网络交换机、光模组等。”Vvlesmc

“村田会帮助客户设计性能更好、尺寸更小、长期可靠的产品，这也是村田的重点方向。”他在提及村田于中国AI市场的态度时说，“我们和行业头部企业都有长远的商业合作。我们也会提前收集客户的需求，适配我们的新产品开发。”Vvlesmc

基于搭载包括GPU在内的AI加速器的服务器出货量，及其在整个服务器市场的占比还在逐年攀升，以及单台服务器正容纳越来越多的AI加速卡。以村田在被动器件市场的地位，想必村田在AI飞速发展的时代也将收获颇丰——尤其考虑到还有埋容这样的杀手级产品即将走向AI加速卡市场。Vvlesmc