前言
隨著信息技術的飛速發展，數據中心作為數字化轉型的核心基礎設施，正面臨前所未有的挑戰與機遇。 日益增長的數據流量、對能效提升的不斷追求以及對高性能計算的迫切需求，促使業界探索更先進的供電技術。 垂直供電技術（VPD）作為一種創新解決方案，為智能交換機和視頻加速晶片等關鍵設備的供電問題帶來了新思路，有望成為未來數據中心建設中不可或缺的關鍵技術之一。
一、垂直供電技術概述
垂直供電技術是一種專為高性能處理器設計的供電方案。它通過將電流倍增器模塊置於處理器下方，使電流傳輸距離縮短至PCB板厚（僅數毫米），從而減少電流傳輸路徑，降低PDN電阻和損耗，提升供電效率，並改善電源質量，降低紋波，增強系統穩定性。垂直供電技術的出現，主要為了解決傳統橫向供電方式在面對高性能處理器時的不足。隨著處理器性能的不斷提升，尤其是人工智慧（AI）和邊緣計算應用中對處理器計算能力的需求日益增加，傳統的供電方式在空間效率、熱管理和電源質量方面逐漸暴露出局限性。垂直供電技術通過創新的電源架構，克服了這些挑戰，為高性能處理器提供了更加高效和可靠的電源解決方案。垂直供電技術的核心優勢在於其能夠顯著降低PDN（Power Distribution Network）的阻抗。通過將電流倍增器模塊直接部署在處理器下方，電流傳輸的距離大幅縮短，從而減少了電阻損耗。這種設計不僅提高了供電效率，還能夠更好地應對處理器在高負載下的瞬態響應需求，確保電源供應的穩定性和可靠性。此外，垂直供電技術還通過集成電源IC、電感器、自舉電容和封裝基板等組件，實現了電源模塊的緊湊化和低剖面設計。這種高度集成的方案不僅節省了寶貴的電路板空間，還使得電源模塊能夠更靠近處理器放置，進一步減少電流傳輸路徑的長度，降低PDN損耗。同時，通過優化的散熱設計，垂直供電技術能
夠在高功率應用中有效管理熱量，確保系統的穩定運行。
二、Realtek智能交換機應用場景
Realtek（瑞昱半導體）作為網絡通信晶片領域的領先廠商，其智能交換機晶片廣泛應用於多種場景，結合垂直供電技術，進一步提升了設備的性能和可靠性。
（一）數據中心
在數據中心中，Realtek的智能交換機晶片如RTL8367S-CG等，憑藉其高速數據轉發、低延遲和高可靠性，成為交換設備的理想選擇。垂直供電技術的應用，確保了交換機在處理海量數據時的穩定性和高效性，降低了功耗和散熱需求，從而提升了數據中心的整體運營效率。
（二）企業網絡
企業網絡對穩定性和安全性要求較高。Realtek的晶片如RTL8370MB-CG等，通過提供強大的QoS功能、支持VLAN隔離和帶寬管理，幫助企業實現網絡的精細化管理。垂直供電技術的引入，進一步優化了交換機的電源管理，確保了網絡設備在高負載下的穩定運行。
（三）工業網際網路
在工業環境中，Realtek的交換機晶片被用於PLC控制器、工控網關等設備中。其可靠的性能和抗干擾能力確保了工業環境中的穩定通信。垂直供電技術的應用，提高了系統的抗干擾能力和可靠性，減少了因電源問題導致的設備故障，保障了工業生產過程的連續性和穩定性。
（四）5G網絡切片
5G網絡切片對網絡設備的性能和資源分配提出了更高的要求。Realtek的智能交換機晶片結合垂直供電技術，能夠更好地滿足不同切片對供電的個性化需求，提高資源利用率，支持多樣化的5G應用場景。
三、視頻加速晶片應用場景
視頻加速晶片在視頻處理領域發揮著關鍵作用。 在專業視頻製作中，如影視和廣告創意領域，需處理大量視頻編輯、特效和渲染任務。 垂直供電技術提供穩定高效電源，確保高負載下晶片性能發揮，提升視頻製作效率和質量。 隨著超高清視頻普及，視頻流媒體服務對晶片性能要求提高。 垂直供電技術降低損耗，提高動態響應能力，保障視頻流穩定傳輸和高質量播放。 VR/AR視頻處理需高實時性和流暢性，該技術提供快速瞬態響應，減少電源波動導致的卡頓或畫面撕裂，增強沉浸式體驗。 在大規模安防監控系統中，晶片需實時分析處理大量監控視頻。 垂直供電技術提高供電效率和穩定性，降低功耗與散熱需求，支持長時間可靠監控運行。
四、在數據中心的優勢
在數據中心，提高供電效率至關重要。 垂直供電技術縮短電流傳輸路徑，減少電阻損耗，顯著降低PDN損耗，提高系統供電效率，隨著處理器電流增大，損耗減少更為明顯。 傳統水平供電方式在電路板上層布置大量電源組件，占空間。 垂直供電技術將電源部分置於處理器下方，釋放上層PCB空間，使電路板設計緊湊，提高空間利用率，滿足數據中心對設備空間的要求。 垂直供電架構減少電源傳輸路徑組件和連接點，降低連接不良或組件故障風險，提高服務器供電可靠性，減少電源故障引起的停機時間。 降低散熱需求，減少PDN損耗，降低電能傳輸能量損失轉化為熱量，減少系統發熱量，減輕散熱負擔，降低散熱能耗與成本。
五、在數據中心的應用場景
高性能計算集群需大量高性能處理器協同工作。 垂直供電技術確保每個處理器獲穩定高效電源，提升集群計算性能與可靠性。 AI訓練和推理平台對計算資源和供電要求極高，該技術為平台中的智能交換機和視頻加速晶片提供可靠電力支持，滿足其大電流、低電壓需求，保障AI模型高效訓練和推理。 大規模數據中心中，服務器密度和數量增加，垂直供電技術提高服務器供電效率和空間利用率，降低散熱成本，提升運營效率。
六、業內最佳的完整解決方案
（一）Vicor垂直供電解決方案
設計方案：
Vicor的垂直供電解決方案採用分比式電源架構（FPA™）和電流倍增器模塊（VTM™）。 該方案通過將PRM™穩壓器和VTM™模塊化電流倍增器結合，實現完整的DC-DC轉換功能。 PRM通過調製未穩壓的輸入電源提供穩壓輸出電壓，即“分比式母線電壓”，該母線供電給VTM，由VTM將分比式母線電壓轉換為負載所需的電平。
晶片型號：
- PRM™穩壓器
- VTM™模塊化電流倍增器
（二）Empower Crescendo垂直供電平台
設計方案：
Empower Crescendo垂直供電平台適用於高達3000A的高性能計算（HPC）和AI應用。 該平台採用Empower專有的FinFast技術，具有納秒級瞬態響應時間。 它採用矽電容器，消除了電容器組和儲能要求，採用超薄熱增強型封裝，可安裝在處理器下方的關鍵區域。
晶片型號：
- Empower Crescendo垂直供電平台相關晶片
（三）TDK μPOL DC-DC轉換器
設計方案：
TDK μPOL™ DC-DC轉換器是緊湊且高度集成的負載點轉換器，採用嵌入式晶片技術，實現更小的尺寸和更低的外形。 該轉換器將電源IC和電感器集成在一個緊湊的配置中，為智能交換機和視頻加速晶片提供所需的高性能、快速負載瞬態響應和高精度電壓調節。
晶片型號：
- FS1603-3300-AL（3.3V，3A）
- FS1603-5000-AL（5.0V，3A）
- FS1604-2500-AL（2.5V，4A）
- FS1412（0.6V-1.8V，12A）
七、結論
垂直供電技術在智能交換機、視頻加速晶片以及數據中心等場景中具有廣泛的應用前景和顯著的優勢。 隨著數據中心建設的不斷發展，該技術將為數據中心的高效、穩定運行提供重要支持，推動信息技術產業的進步。 未來，垂直供電技術有望在更多領域得到應用和推廣，為數字化轉型注入新的動力。