如今在科技圈，超火的話題非AI（人工智能）莫屬。特別是隨著生成式AI的興起，AI能力的進(jìn)化明顯加速，隔不了多久新來(lái)的“后浪”就會(huì)讓原有的技術(shù)消逝在沙灘上。

所謂內(nèi)行看門道，明眼人都知道，這一場(chǎng)AI狂歡背后，是巨大算力的托舉，而算力的背后則是對(duì)“電力”更為迫切的需求。

據(jù)國(guó)際能源署的測(cè)算，在全球范圍內(nèi)，作為AI算力核心基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心的能耗，約占全球總電量的1%至1.5%。而隨著AI技術(shù)的進(jìn)步，有專家預(yù)測(cè)在未來(lái)十到二十年，這個(gè)比例可能會(huì)提高到20-30%，且隨著時(shí)間的推移將繼續(xù)增長(zhǎng)。將AI比喻成“能耗巨獸”并不為過。

這種宏觀層面的能源挑戰(zhàn)自然會(huì)投射到微觀層面。具體到承載AI算力的數(shù)據(jù)中心，有研究顯示，如今AI服務(wù)器消耗的能源是傳統(tǒng)系統(tǒng)的三倍，某些應(yīng)用中AI加速器件的電力需求會(huì)高達(dá)1,000A！考慮到AI在預(yù)訓(xùn)練時(shí)需要使用數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)級(jí)的加速卡集群，這就使得許多新的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)于一座小型城市的能耗級(jí)別。

打造如此高密度、高性能的算力基礎(chǔ)設(shè)施，僅通過在原有技術(shù)基礎(chǔ)上打補(bǔ)丁，顯然是行不通的。因此，想要邁入AI時(shí)代，從系統(tǒng)架構(gòu)到元器件層面的全面創(chuàng)新勢(shì)在必行。

AI時(shí)代的無(wú)源元件挑戰(zhàn)

在AI推動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新浪潮中，無(wú)源元件自然不會(huì)缺席，特別是在滿足日益攀升的數(shù)據(jù)中心能耗需求方面，更是發(fā)揮著舉足輕重的作用。

從上文的分析中我們不難看出，AI時(shí)代的無(wú)源元件面臨著來(lái)自三方面的技術(shù)挑戰(zhàn)：

大功率

這意味著無(wú)源元件需要在相關(guān)性能上更上層樓，具備支持更大電流、更高電壓的能力。同時(shí)，更大的電流無(wú)疑會(huì)帶來(lái)更大的I2R損耗，這就要求在功率鏈路上使用具有等效電阻更低的無(wú)源元件（比如更低ESR的電容器、更低DCR的電感器），以盡可能減少能量耗散。

小尺寸

在單位空間內(nèi)集成更多的AI加速卡，是衡量未來(lái)數(shù)據(jù)中心的一個(gè)重要指標(biāo)。這就要求在PCB電路設(shè)計(jì)中選擇“小身材”的無(wú)源元件。而小尺寸和大功率這兩個(gè)特性往往又是相互制約的，這就催生出新一代的無(wú)源元件，能夠?yàn)榫o湊的空間應(yīng)用打造出高功率密度的解決方案。

高可靠

高功率密度應(yīng)用場(chǎng)景，不可避免地會(huì)帶來(lái)更高的工作溫度和更具挑戰(zhàn)性的工作環(huán)境，因此熱管理是數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。除了花重金打造更高效的數(shù)據(jù)中心散熱系統(tǒng)外，選擇熱性能更出色、能夠在極寬溫度范圍和復(fù)雜環(huán)境中工作，提供穩(wěn)定性能的高可靠性元器件，也是一個(gè)重要考量。

當(dāng)然，大功率、小尺寸、高可靠……這些在AI時(shí)代肉眼可見的需求，對(duì)于成熟的無(wú)源元件行業(yè)來(lái)講，每個(gè)特性上一個(gè)細(xì)微的進(jìn)步，都需要有材料、架構(gòu)以及工藝上的創(chuàng)新作為驅(qū)動(dòng)。

那么，想要大踏步地邁進(jìn)AI時(shí)代，無(wú)源元件需要哪些技術(shù)驅(qū)動(dòng)力？下文將以國(guó)巨集團(tuán)旗下的KEMET公司的幾款代表性的產(chǎn)品為例，帶大家一起做一次深入的探究。

材料創(chuàng)新，賦能大電流功率電感器

在為AI基礎(chǔ)設(shè)施中的加速器設(shè)計(jì)電源時(shí)，功率電感是不可或缺的一款磁性元件。如何在支持更高電流的同時(shí)，更大限度地減少能量損失并提高整體效率，是擺在大功率電感面前關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

在衡量功率電感性能時(shí)，高飽和磁通密度（Bs）和低矯頑力（Hc）是兩個(gè)核心指標(biāo)：高Bs的電感器有助于處理更強(qiáng)的磁場(chǎng)而不會(huì)飽和，這意味著其能夠支持更大的電流并存儲(chǔ)更多的能量，使得高功率密度設(shè)計(jì)成為可能；而低Hc則意味著電感需要更少的能量來(lái)磁化和退磁，從而減少能量損失并提高整體效率。然而，在使用傳統(tǒng)磁芯材料制造功率電感時(shí)，高Bs和低Hc這兩個(gè)特性往往不可兼得，工程師不得不因?yàn)闄?quán)衡和折中，而影響到電源系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。

YAGEO通過材料創(chuàng)新，推出了熱成型FeBPCu納米晶體材料，其可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低至23A/m的矯頑力和1.55T的飽和磁通密度。與傳統(tǒng)的磁芯材料相比，這種納米合金無(wú)疑是制造高效率、高性能功率電感器的更好選擇。

圖1：FeBPCu納米晶體材料與傳統(tǒng)磁芯材料性能比較（圖源：YAGEO/KEMET）

KEMET的TPI大功率電感器就是基于這種創(chuàng)新磁芯材料而打造的一款大電流、低損耗磁性元件，其具有低自發(fā)熱和DCR的特性，一圈貫通結(jié)構(gòu)的線圈設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化了大電流下的效率表現(xiàn)。

這些SMD大電流功率電感器提供150nH至230nH的額定電感，具有很寬的工作溫度范圍（-40°C至125°C，在50A額定電流條件下），而且僅有±10%的電感容差、±5%的直流電阻容差，可以為高開關(guān)頻率應(yīng)用提供出色的性能和可靠性，非常適合服務(wù)器、存儲(chǔ)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、分布式電源、負(fù)載點(diǎn)（POL）DC-DC電源以及其他高開關(guān)頻率應(yīng)用。

圖2：KEMET大電流功率電感器

（圖源：YAGEO/KEMET）

創(chuàng)新架構(gòu)，打造低ESR聚合物鉭電容器

在無(wú)源元件中，電容器是應(yīng)用極為廣泛的一個(gè)品類。具體到AI基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中，能夠在有限的電路板空間內(nèi)，滿足功率效率要求的電容器，無(wú)疑是理想之選。而我們所熟悉的傳統(tǒng)電容產(chǎn)品，似乎與這一“理想”都有差距。好在，KEMET的KO-CAP聚合物鉭電容器來(lái)了！

顧名思義，“聚合物鉭電容器”是在繼承了傳統(tǒng)鉭電容器高體積效率（單位體積內(nèi)的容值）和高穩(wěn)定性特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過元件結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，造就出的一種特色鮮明的產(chǎn)品。

具體來(lái)講，KO-CAP聚合物鉭電容器和其它類別的鉭電容器一樣，其Ta2O5介質(zhì)層是生成在由鉭粉顆粒燒結(jié)而成的金屬塊上。它們的不同之處在于，KO-CAP其以一層高導(dǎo)電率的聚合物作為負(fù)極覆蓋在介質(zhì)層表面，這種導(dǎo)電聚合物的顯著優(yōu)點(diǎn)之一就是大大降低了電容器的ESR（可以低至5?20mΩ），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)鉭電容器的ESR數(shù)值（200~2,000mΩ）。極低的ESR能夠降低紋波電壓，允許通過更大的紋波電流。特別是在高頻下，這種聚合物鉭電容器的阻抗曲線呈現(xiàn)出近似理想電容器的特性，電容量非常穩(wěn)定。

不難看出，KEMET的KO-CAP聚合物鉭電容器融合了固態(tài)電解電容器與導(dǎo)電聚合物陰極的優(yōu)點(diǎn)，在一個(gè)表面貼裝封裝中結(jié)合了多層陶瓷電容器（MLCC）的低ESR、鋁電解電容器的高容值、鉭電容器的高體積效率等多重優(yōu)勢(shì)，是在高頻率下實(shí)現(xiàn)更低ESR和更好性能穩(wěn)定性的理想解決方案，是AI驅(qū)動(dòng)的服務(wù)器和云基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的不二之選。

圖3：KO-CAP聚合物鉭電容器

（圖源：YAGEO/KEMET）

工藝創(chuàng)新，大幅提升PCB空間利用率

在電容器領(lǐng)域，MLCC以其小型化、高容量、高可靠性和低ESR等特性，頗受工程師青睞，應(yīng)用日趨廣泛。在AI驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，自然也少不了其身影。特別是其緊湊的外形，為空間受限的應(yīng)用提供了極大的設(shè)計(jì)靈活性。

而你是否想象過，利用同樣的PCB面積，大幅提升MLCC容值和性能，更大限度地提升空間利用率？KEMET的KONNEKT高密度密封技術(shù)就能幫你輕松實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

圖4：基于KONNEKT技術(shù)的MLCC產(chǎn)品

（圖源：YAGEO/KEMET）

KEMET的KONNEKT技術(shù)其實(shí)并不神秘，從上圖大家就能一目了然。沒錯(cuò)，就是利用創(chuàng)新的CuSn瞬態(tài)液相燒結(jié)（TLPS）材料，將多個(gè)MLCC單元粘合在一起，連接成一個(gè)整體的表面貼裝元件。其中，TLPS材料將低熔點(diǎn)金屬或合金與高熔點(diǎn)金屬或合金進(jìn)行低溫反應(yīng)，能夠形成高導(dǎo)電性鍵合材料。

這種高密度的封裝工藝技術(shù)，無(wú)需使用金屬框架即可將各個(gè)組件粘合在一起，有利于降低ESR、ESL和對(duì)電容器的熱阻，而且與標(biāo)準(zhǔn)MLCC回流焊表面貼裝工藝兼容，可謂是一舉多得。

圖5：KONNEKT高密度封裝技術(shù)示意圖

（圖源：YAGEO/KEMET）

正是由于這種創(chuàng)新封裝工藝具有如此鮮明的優(yōu)勢(shì)，KEMET已將KONNEKT技術(shù)廣泛應(yīng)用在MLCC中，形成了豐富的產(chǎn)品組合，包括2.4nF至20uF電容范圍、25VDC至3kVDC額定電壓、I類（C0G、U2J）和II類（X7R）電介質(zhì)、多種外形規(guī)格（EIA 1812、2220和3640），還包括AEC-Q200車規(guī)級(jí)產(chǎn)品。這也為不斷拓展的AI應(yīng)用中的元件選型提供了便利。

圖6：基于KONNEKT技術(shù)的產(chǎn)品組合及特性

（圖源：YAGEO/KEMET）

本文小結(jié)

今天，AI正在以超乎想象的速度走進(jìn)我們的生活，這也為無(wú)源元件的發(fā)展開拓了一片潛力巨大的市場(chǎng)空間。而想要在這片全新的市場(chǎng)沃土中生根并茁壯成長(zhǎng)，需要無(wú)源元件在材料、架構(gòu)和工藝等多個(gè)維度，進(jìn)行全方位的創(chuàng)新，迭代出適應(yīng)AI時(shí)代的新生代產(chǎn)品。

具體來(lái)講，無(wú)源元件走進(jìn)AI時(shí)代，到底應(yīng)該怎么做？上文介紹的幾款KEMET產(chǎn)品已經(jīng)給出了答案，你get到了嗎？