使用GPU或者xPU的AI加速卡，核心芯片的工藝制程從7nm、5nm工藝，將很快過渡到3nm工藝節點。隨著工藝制程的不斷提升，xPU的核心工作電壓也在不斷降低，目前標稱核心電壓在0.75至0.9V之間。當AI加速卡在處理模型訓練運算的時候，其核心所需電流可能達到600到1800A，電流變大的時候，PCB走線阻抗所帶來的損耗和PDN問題就會變的相當棘手。
AI加速卡的電源架構
圖源：Renesas
為了提升計算密度，使用PCIe接口的AI加速卡，通常會通過集群的方式安裝到服務器中，每個AI服務器中安裝4或8個加速卡，此時的對于電源傳輸來講橫向的電源傳輸路徑被大幅壓縮，由于需要同時考慮到大電流開關電源的噪聲對于高速信號的影響，所以多項開關電源只能移動到更靠近核心的位置，同時面對xPU核心電壓對于600-1800A大電流需求，傳統的多相buck電源方案幾乎難以滿足要求。
NVIDIA H200 NVL 4 GPU集群
AI加速卡的瞬態功率可能會達到額定最大功率的2倍甚至更高，在這種電流瞬態變化較大的情況下，還需要保證避免xPU電壓供電電壓過小導致系統掛起，供電電壓過大損壞xPU。這對于電源的容差、紋波以及負載瞬態相應都要求極高。
熱管理同樣是面臨的重大挑戰之一，傳統的供電方法是將穩壓器放置在xPU的一側，電流橫向傳輸到處理器。由于電流不大，引起的電壓(I2R)下降也在可接受范圍內。但是當電流達到600-1800A時，PCB電源層傳輸路徑上的壓降會成倍的增加，即便是幾厘米的PCB電源走線也會產生大量的損耗。
針對AI加速卡集群，垂直供電是最好的解決方案。在垂直供電的方案中，電源模塊直接安裝在處理器PCB另外一側的下方，此時電流傳輸的距離就是PCB的板厚，與橫向供電相比，大大縮短了電流通過主板的距離，極大地減小了傳輸路徑寄生參數對電源質量的影響，電源傳輸損耗最高能降低95%。
垂直供電示意圖
圖源：analog
在橫向供電的方案中，xPU的正下方放置的是很多個高頻電容，這些低ESR電容能夠更有效地濾除高頻噪聲，減少電源紋波，提供瞬態電流，提高電源的響應速度。 在垂直供電的方案下，之前安裝高頻電容的位置需要安裝電源模塊，此次高頻電容的位置就會發生變化，一種方案是將高頻電容集成到電源模塊中，但是這種方案對于高頻電容來講，距離電源引腳過于遠，理想的解決方案是將電容分別嵌埋到xPU的基板和電源模塊的PCB中。 垂直供電方案下，高頻電容位置的變化 圖源：Murata 在摩爾定律逐漸失效的情況下，當前AI計算硬件的主要升級路徑變為采用先進封裝和嵌埋元器件等方式來實現互聯堆疊的密度提升。隨著計算密度的不斷提升，散熱方面也需要使用高導熱FR-4材料或者埋嵌銅塊等方式來提高系統的整體散熱能力。垂直供電方案下，高頻電容位置的變化
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