布局AI基礎設施Vishay以創新元件突破系統功率、散熱與傳輸瓶頸

台灣威世總經理陳嘉信。Vishay

人工智慧（AI）應用快速擴展，從雲端資料中心到邊緣裝置，都面臨電源架構、散熱與高速傳輸的嚴峻挑戰。如何在有限空間中提升功率密度與能源效率，同時符合全球能耗標準，成為資料中心與系統業者的首要課題。

成立於1962年的美商威世科技（Vishay Intertechnology），擁有MOSFET、IC、二極體、光電子、電容、電感、電阻等完整產品線，並深耕車用、工業、通訊與電腦等市場逾60年，憑藉在離散半導體與被動電子元件的技術優勢，成為AI產業等大廠的重要供應鏈夥伴。台灣威世總經理陳嘉信與威世亞洲區資深技術應用總監楊益彰近日接受專訪，分享Vishay如何以電源與熱管理解決方案，協助產業因應AI基礎設施的高效能需求。

助力克服AI伺服器電源散熱挑戰

陳嘉信表示，生成式AI與大模型的崛起帶動GPU叢集規模急遽擴大，也讓伺服器系統電源功率需求快速翻倍；2023年以前，主流伺服器電源輸出大約是3kW，如今已普遍升級到6kW，單位元面積功率密度從每立方英吋50~60W躍升到超過100W，未來的趨勢是在113W，甚至到130W；這樣的轉變使整個產業鏈必須在短時間內調整設計思維。

他進一步指出，隨著AI伺服器功率密度不斷提升，最大的挑戰就是「熱」；能有效散熱，就能降低功率損耗，讓同樣體積的系統實現更高的功率密度；採用更高階的材料來降低功率損耗、提升效率、實現良性循環，是Vishay持續專注的方向，Vishay致力協助客戶在有限空間下實現更高效、穩定的電源設計。

對於高瓦數伺服器，MOSFET的散熱能力與導通電阻（RDS(on)）是影響系統效率的關鍵。對此楊益彰表示，AI伺服器空間有限，散熱面積也受限，特別是在配電板（PDB - 由48V轉12V）承受大電流（>100A）與低壓（由12V轉1V）的供電環境下，採用傳統PowerPAK SO-8或LFPAK封裝的MOSFET僅能單面散熱，熱阻偏高，就難以滿足高效能伺服器的需求。

為此，Vishay推出了採用創新雙面散熱（double sided cooling）設計的PowerPAK DSC系列MOSFET，在頂部與底部分別設計金屬焊墊，可將熱量同時導向PCB銅箔與散熱器，熱阻值（RθJC）較傳統PowerPAK封裝降低30%~50%，約0.8°C/W，不僅能承受更高電流，還能直接支援液冷與高效散熱架構。

該系列MOSFET元件採用第四代TrenchFET Gen IV製程，可顯著降低導通與開關損耗。楊益彰強調，「這樣的特性特別適合3kW~10kW等級的AI伺服器與PDB高電流、高頻應用，是突破散熱瓶頸的重要利器。」

為增強整體系統可靠性，Vishay還推出多款TVS保護元件，包括XClampR系列，這些產品可在高密度AI伺服器電源架構中快速、可靠地抑制瞬變浪湧事件。

除分立MOSFET解決方案外，Vishay還提供了針對GPU顯卡電源和邊緣AI卡應用優化的集成式功率級元件 （DrMOS）。這些緊湊型元件將高邊和低邊MOSFET與驅動IC集成在單個封裝中，可實現卓越的開關性能、低寄生電感及更優的瞬態回應。通過減少零組件數量並簡化PCB布局，Vishay的功率級元件有助於設計師滿足AI加速器板嚴格的效率與散熱要求 – 在這種環境中，高電流密度與有限散熱面積是主要挑戰。

新的AI電源模組必須提供比前代伺服器更高的電流輸出，這要求元件的熱負荷儘可能低。Vishay WSK1216電阻器具備低至200µΩ的超低電阻值，可最大限度降低發熱量，而其四端子結構設計可實現精準的高電流測量，同時節省PCB空間。該系列電阻器已通過汽車級壽命測試（長達2000小時），可確保在高可用性系統中提供最可靠的電流測量穩定性。

未來網路基礎架構方案正考慮採用800V架構，以最大限度降低系統銅損產生的熱量，並使系統具備擴展至千兆瓦級的能力。CDHV支持在這些環境中進行高壓測量，其單晶片分壓器網路額定電壓高達3000 V，電阻比範圍為250:1至500:1，可實現精准電壓測量與卓越的比值跟蹤性能。兩個電阻集成在同一個氧化鋁基板上，確保溫度變化對兩者影響相同，在保障卓越穩定性和精度的同時，也可節省寶貴的PCB空間。

確保高可靠度AI伺服器電源穩定性

針對AI伺服器高速運算環境對電源穩定性的要求，楊益彰表示，在高頻電源（>500kHz）運作下，AI伺服器的運算核心元件（GPU/CPU/ASIC）會在毫秒甚至微秒等級內產生劇烈的動態電流變化；這些瞬間的大電流衝擊會造成明顯的電壓與電流紋波（Ripple），進而影響系統穩定性與效率。Vishay的vPolyTan聚合物鉭電容憑藉低ESR、高電容密度與小型化封裝，能快速提供瞬態響應，穩定電壓並有效吸收電流紋波，確保AI運算核心不受雜訊干擾。

在電感方面，楊益彰則指出，電感元件必須在高磁能密度與小體積之間取得平衡，這使得一體成形磁性材料（Molded Inductor）逐漸成為主流。而AI伺服器切換頻率可達500kHz~1MHz，電感需同時承受高電壓、高電流且維持高效率，在磁芯材料的選擇上需考量適合高頻切換、低損耗，以及具備高磁通密度與高溫耐受性，才能避免在高峰值電流下因鐵芯飽和而失效，導致電壓驟降或是MOSFET損壞。

Vishay的IHLP系列電感採用鐵磁粉末壓鑄成形的方式製作，除了具備磁場遮罩結構，也可有效抑制磁力線外洩與EMI，並在小型封裝下提供高電流能力與低直流電阻（DCR），其特殊磁性材料能在數百kHz甚至MHz級的切換頻率下穩定電感值，保持低損耗與高效率，其飽和電流（Isat）可達數十安培，確保系統穩定，特別適合AI伺服器的高密度電源設計。

IHLP的IHLE版本在電感器中集成了E-Shield，可顯著降低輻射電磁干擾（EMI），避免對週邊高密度元件產生雜訊干擾。此外，Vishay還推出了適用於最新多相TLVR電路的IHTL系列，以及最新的IHSR系列。對於使用小於200nH電感的高頻多相DC/DC轉換器，IHSR系列提供的直流電阻（DCR） 低於IHLP電感，可進一步提升轉換效率與功率密度。

至於電阻，Vishay的抗硫化設計RCA系列（RCA、RCA-HP、RCA-LS、RCA-SR和CRCW-SR），能在嚴苛環境下維持長期可靠性，避免因硫化造成的阻值漂移或開路，這對於已經大幅採用超高溫和液冷散熱（採用特殊化學液體來實現冷卻）的新一代AI資料中心來說特別重要。如果需要更高的精度，Vishay提供了採用薄膜技術抗硫化的TNPW系列，公差低至0.1%，溫度係數（TCR）低至10ppm。

陳嘉信補充指出，AI伺服器系統主機板上的CPU/GPU核心元件價格高昂，業者對伺服器運作的可靠度與使用年限也有更高的期待；傳統伺服器折舊週期約為4~5年，但應用於AI模型訓練的系統用年限往往希望能延長至5~10年，而Vishay的產品策略聚焦「散熱」與「可靠性」兩大關鍵，可協助產業延長系統壽命，也為持續成長的AI應用運算任務的提供堅實基礎。

因應AI資料中心備援電源與光學高速通訊趨勢

著眼重要度日益升高的資料中心備援電源應用，陳嘉信則指出，除了BBU（Battery Backup Unit）多採鋰電池，未來設計將增加PCS（Power conditioning System）作為BBU的備援以因應AI伺服器的瞬間抽載，Vishay以具備高能量密度、低自放電與長循環壽命的ENYCAP儲能電容（例如235 EDLC-HVR），成為BBU的最佳選擇。

楊益彰補充，ENYCAP幾乎不需維護，安全性更高，可大幅降低AI資料中心運維成本。同時，Vishay也推出光耦與隔離放大器，強化BBU應用中電壓與電流檢測，提升智慧化管理能力。

在高速通訊方面，由於AI模型訓練與推論任務都需要GPU之間的龐大資料交換，光模組正從400G演進至800G，並邁向1.6T，單通道速率可達200Gbps。楊益彰強調，在超過50GHz的頻寬下，任何阻抗不匹配都可能導致誤碼率顯著升高。

Vishay CH系列高頻薄膜電阻能夠在10-500Ω的電阻值範圍內保持近乎理想的電阻特性，並支持高達70 GHz的頻寬，可成功應對這一挑戰。這保證了訊號完整性，確保高速光通訊模組的最佳效能。

為進一步增強AI資料中心設計中的電源保護能力與可靠性，Vishay提供了先進的eFuse解決方案，可實現精準的過流、過壓及短路保護，並具備快速回應和精準限流的能力。相較於傳統熔絲或保護電路，這些元件可簡化設計，節省電路板空間，並增強系統安全性和易維護性。結合CH系列射頻薄膜電阻，Vishay的eFuse能在新一代AI基礎設施中保證電源備份和光通訊模組實現穩定、高速且可靠的運行。

展望未來：AI PC與邊緣AI的新契機

除了大型資料中心外，AI PC與工作站正逐漸成為新焦點。陳嘉信指出，AI仍有無限探索的可能，當前重點在於極致效能而非成本，因此Vishay優先投入雙面散熱MOSFET、低ESR電容、高壓電感與高頻電阻等高效能元件的開發，全面支援AI應用。

楊益彰補充，Vishay並非僅提供單一元件，而是從整體解決方案，以系統角度涵蓋電源與通訊模組，確保在AI生態鏈中具備差異化。從伺服器高功率密度設計、BBU備援到高速光通訊，Vishay皆已成為不可或缺的零組件夥伴。陳嘉信強調，AI浪潮才剛開始，Vishay將以完整產品組合與系統思維，持續協助全球客戶邁向AI時代。 想進一步瞭解Vishay產品，請至Vishay官網查詢