随着半导体工艺的不断进步，AI加速卡的核心芯片（如GPU、xPU）的制程已从7nm、5nm逐步过渡到3nm。制程的提升使得芯片的工作电压降低，目前标称核心电压在0.75至0.9V之间。然而，尽管电压降低，芯片的电流需求却大幅增加。在处理模型训练等高强度运算时，核心所需电流可能达到600至1800A。
传统的供电方式通常将稳压器放置在芯片的一侧，电流通过PCB的电源层横向传输到处理器。当电流较小时，这种方式尚可接受。但当电流达到数百安培时，PCB电源层传输路径上的压降会成倍增加，即使是几厘米的PCB电源走线也会产生大量损耗，导致供电效率降低，甚至影响芯片的稳定性。
为了解决传统供电方式的局限性，业界提出了垂直供电方案。简单来说，就是将电源模块直接安装在处理器PCB的另一侧下方，使电流传输的距离缩短为PCB的板厚（通常只有几毫米），大大减少了电流通过主板的距离。
：由于电流传输路径大幅缩短，电源传输损耗最高可降低95%，提高了供电效率。
：缩短的传输路径减少了寄生参数对电源质量的影响，降低了电源纹波，提升了系统稳定性。
：通过使用高导热材料或埋嵌铜块等方式，垂直供电方案还能提高系统的整体散热能力，确保芯片在高负载下的稳定运行。
在传统的横向供电方案中，芯片正下方通常放置多个高频电容，用于滤除高频噪声，减少电源纹波，提供瞬态电流，提升电源响应速度。然而，在垂直供电方案中，电源模块占据了原本放置高频电容的位置，因此需要对高频电容的位置进行调整。
一种解决方案是将高频电容集成到电源模块中，但这可能导致电容距离芯片引脚过远，影响其性能。更理想的方案是将电容分别嵌埋到芯片的基板和电源模块的PCB中，确保电容与芯片引脚的距离最短，最大程度地发挥其作用。
在数据中心中，AI加速卡通常以集群形式部署，用于处理大规模的机器学习任务。高电流需求和散热问题在这种场景下尤为突出。垂直供电方案通过降低电源传输损耗和提升散热能力，确保了集群的稳定运行和高效能表现。
随着边缘计算的兴起，越来越多的AI加速卡被应用于边缘设备，如智能摄像头、无人驾驶汽车等。这些设备通常空间有限，对供电效率和散热能力要求更高。垂直供电方案的紧凑设计和高效能表现，使其成为边缘计算设备的理想选择。
在摩尔定律逐渐失效的背景下，AI计算硬件的升级路径转向采用先进封装和嵌埋元器件等方式，实现互联堆叠的密度提升。垂直供电方案与这些技术相结合，进一步提升了系统的性能和可靠性，成为未来AI加速卡供电的主流趋势。
垂直供电方案通过缩短电流传输路径，降低电源损耗，提升供电效率和系统稳定性。
高频电容位置的调整和先进封装技术的应用，进一步优化了垂直供电方案的性能。
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