在人工智能（AI）服务器的高速发展浪潮中，处理器与加速器的运算能力不断攀升，随之而来的是功耗急遽增加与电源负载瞬态变化剧烈的挑战。为确保系统在高密度运算与高速数据传输下依然维持稳定与高效，电源完整性（Power Integrity, PI）与信号完整性（Signal Integrity, SI）的设计成为关键。多层陶瓷电容器（MLCC）与聚合物钽电容器凭借各自的高频响应特性、大容量储能能力与优异的可靠性，成为AI服务器电源设计中不可或缺的核心元器件。本文将为您介绍多层陶瓷电容器与聚合物钽电容器在AI服务器上的应用，以及由YAGEO所推出的相关解决方案的产品特性。
人工智能服务器是重要的关键增长市场
几十年来，传统服务器一直是数据中心的基石。它们旨在处理各种工作负载，包括托管网站、管理数据库和运行企业应用程序。传统服务器的架构通常包括CPU（中央处理器）、RAM（随机存取存储器）、存储、网络等组合。
传统服务器严重依赖CPU，CPU功能多样，能够同时处理多项任务，RAM则对于快速访问数据和应用程序的流畅运行至关重要，存储则是HDD（硬盘驱动器）和SSD（固态硬盘）的组合，用于数据存储，网络则用于服务器内部和外部数据传输的高速网络接口，传统服务器在各领域的数据存储与处理上都扮演着重要的角色。
如今，AI服务器已经成为热门的发展趋势。AI服务器专门针对人工智能和机器学习工作负载进行了优化。这些服务器配备了专门的硬件和软件，以加速AI任务，例如训练深度学习模型和执行复杂的数据分析。AI服务器的关键元器件包括GPU（图形处理单元）、TPU（张量处理单元）、NVMe（非易失性存储器标准）存储、高带宽内存（HBM）等硬件。
与传统服务器不同，AI服务器严重依赖GPU。GPU可以同时处理多个并行任务，使其成为AI和机器学习工作负载的理想选择。由Google开发的TPU专为加速机器学习任务而设计，与GPU相比，它们在特定AI工作负载下提供更高的每瓦性能。NVMe驱动器提供显着更快的读写速度，这对于处理AI应用中常见的大型数据集至关重要。HBM是增强型内存架构，可提供更快的数据访问速度，从而减少AI处理中的瓶颈。
AI服务器中的SSD固态硬盘将用于人工智能和断电保护的数据存储，聚合物钽电容器可用于企业级固态硬盘的保持，断电时，聚合物钽电容器释放能量，使DRAM将数据写回NAND闪存，是搭配企业级固态硬盘的重要元器件。
多层陶瓷电容器能满足AI服务器的功耗与供电稳定性需求
多层陶瓷电容器（MLCC, Multilayer Ceramic Capacitor）在电子产品中的应用相当普遍，但在AI服务器中扮演的角色，与传统服务器或通用电子产品相比，仍有一些显著不同之处，主要差异来自功耗特性、处理器架构，以及供电稳定性需求的大幅提升。
AI服务器使用大量GPU / AI加速卡（如NVIDIA H100、AMD MI300等），其单卡功耗可达数百瓦甚至超过1 kW，电源负载变化快，且对信号完整性（SI）与电源完整性（PI）要求极高。MLCC在AI服务器中其中的核心作用包括负责电源去耦（Decoupling），以稳定处理器／GPU的供电电压，抑制瞬间负载波动造成的压降，其高频响应能力必须更快，需采用低ESL（等效电感）MLCC阵列贴近芯片封装。
在滤波（Filtering）功能方面，需滤除电源与信号路径中的高频噪声，确保AI加速器与高速接口（PCIe Gen5、CXL、HBM）的信号稳定，频率范围更宽（数百kHz到GHz级），需搭配多种封装与介质类型。在储能（Bulk Capacitance）功能上，需在负载突变瞬间提供电流，减少VRM响应延迟对电压的影响，对容值需求增加，且必须与钽电容、聚合物电容混合使用，以兼顾低ESR与大容量。此外，还可用于抑制EMI/EMC，减低AI运算与高速通信产生的电磁干扰，需要高Q值、低损耗介质，并针对高速传输线路布局优化。
相比于PC服务器、通信设备或工控系统，AI服务器对MLCC的要求有以下不同点，包括在功耗变化速度方面，传统服务器的CPU/GPU切换功耗变化在µs~ms级，但AI服务器的GPU/TPU瞬时负载变化快达ns~µs级，需超高速去耦。在容量配置方面，传统服务器的容值以µF~数百µF为主，分散在主板和VRM周边，AI服务器的容值需求更大，且必须将低ESL MLCC密集放置在封装附近（甚至0201/01005尺寸）。
在频率响应方面，传统服务器以MHz级为主，AI服务器则必须覆盖数百kHz到数GHz的宽带噪声抑制。对温度／寿命要求方面，传统服务器的一般商用温度为0~85℃或105℃，AI服务器则有高可靠性要求，长期运行于85~125℃环境，并需抗直流偏压效应。
此外，在封装与布局方面，传统服务器使用标准尺寸（0402~1210）即可，AI服务器则趋向微小封装（01005/0201）与大容量迭层结构，并配合嵌入式PCB MLCC技术。在可靠性要求方面，普通IEC/JEDEC等级即可满足传统服务器的需求，AI服务器则需通过AEC-Q200或数据中心级耐久与抗振规范。
由于AI、大数据的应用对能量的需求更多，需要更佳的抗电磁干扰、抗噪声能力，因此MLCC需要更多电极层、更薄的电介质、更大的有效面积与更高的可靠性，以实现单位体积电容更高、有效电容更高，采用的材质也将从X5R转向X6S，高电容密度MLCC已经成为AI服务器应用的关键部件。
典型的AI服务器MLCC配置大多会采用低ESL阵列，将多颗0201/01005 MLCC并联，紧贴GPU/TPU封装旁，以提供1 ns级响应能力，并混合电容网络，将MLCC、聚合物电容、钽电容组合，形成宽带滤波与储能结构。此外，须采用高耐温高可靠规格，像是采用X7R、X8R或C0G/NPO材质，确保在高温和长期工作下的性能稳定性。采用嵌入式电容也是另一种策略，部分高阶AI主板将MLCC直接内建于PCB层中，缩短寄生电感路径。未来的AI服务器将比以往任何时候都需要更多的MLCC，但出于成本考虑，像是加速器中MLCC会取代钽电容器。
从材料技术来看，AI服务器采用的MLCC需要更好的内电极连续性、均匀的BT晶粒、均质晶粒结构，BT核可提供覆盖层，壳可提供绝缘电阻值（IR），以得到高电容的产品，小而均匀的BT晶粒与均质的核壳结构均得到更先进的设计。
聚合物钽电容器在AI服务器的高功耗、高瞬态环境中具有优势
聚合物钽电容器（Polymer Tantalum Capacitor）在AI服务器中主要用作大容量、低ESR的中高频储能与去耦组件，与MLCC搭配形成宽频段电源稳定网络。相比传统钽电容或铝电解电容，它在AI服务器高功耗、高瞬态变化的环境中具有明显优势。
聚合物钽电容器具有极低ESR（等效串联电阻），聚合物电解质ESR可低至5~20 mΩ，比传统钽电容低一个数量级，在GPU/TPU负载突变时可快速供电，减少电压跌落。聚合物钽电容器还具有高纹波电流承受能力，能承受比液态电解更高的纹波电流，可适应AI服务器高频电源切换与快速脉冲负载。
此外，聚合物钽电容器的温度稳定性好，电性能在-55℃~+125℃范围内变化小，可确保数据中心长时间满负荷运行下的稳定性，其长寿命且具有高可靠性，固态聚合物无干涸问题，耐热、抗震性好，可满足24/7高负载运行的AI数据中心需求。
聚合物钽电容器还拥有低噪声特性，高频性能优于液态电解电容，可保障高速接口（PCIe Gen5、CXL、HBM）信号完整性，且无“失效短路爆炸”隐患，聚合物导电层在过应力下通常呈开路失效，可提高整机安全性，减少火灾风险。
聚合物钽电容器在AI服务器中通常应用在主板VRM输出端、GPU/TPU供电模块、HBM存储供电区，配置聚合物钽电容器，可用于补充MLCC容值不足的大电流储能特性。在大容量中频滤波应用中，MLCC容值大但高频响应好，低频储能不足；聚合物钽电容器补足µF~mF级容量，但需选用高额定电压（与VRM输出电压裕量匹配）。
此外，聚合物钽电容器还可用于电源瞬态响应优化，当AI加速卡由空闲转满载时，瞬时电流上升陡峭（di/dt大），此时需并联低ESR聚合物钽电容器，降低瞬态电压跌落，在稳定电源轨应用上，数据中心级AI芯片对电源电压波动容忍度极低（±2%甚至更小），因此必须结合MLCC阵列结合聚合物钽电容器形成宽频去耦。
聚合物钽电容器还可在高温高负载环境下适应，服务器机架内环境温度可达85℃以上，必须选择105℃~125℃等级聚合物钽电容器。在可靠性等级方面，由于AI服务器停机成本高，因此应选用军工／汽车级（AEC-Q200或更高）的聚合物钽电容器。
在AI服务器电源设计中，聚合物钽电容器与MLCC有互补关系，MLCC负责高频去耦（MHz~GHz），响应快但容值有限，聚合物钽电容器则负责中低频储能与去耦（kHz~MHz），容值大且ESR低，组合策略大多采用多颗低ESL MLCC结合数颗高容聚合物钽电容器并联，形成从kHz到GHz的全频段稳定电源网络。
满足AI服务器需求的高性能产品
针对AI服务器应用，YAGEO推出高电容量的MLCC ── HC系列，提供X5R、X6S、X7R等高电容量MLCC，电容范围为1 µF至100 µF，外壳尺寸为0201至1210，支持高达4 V~50 V的电压，更高阶的X7R的封装为0402~2220，支持4 V~100 V的电压，电容范围为1 µF~47µF。这些高电容量MLCC是设计用来满足电子产业对小型化、更高电压和更高频率的需求，提供高度可靠的MLCC来支持大数据处理需求，提供更高的电容稳定度、低ESR和增强的可靠度。
高电容量HC系列的X5R、X6S MLCC系列具备电容量更高，尺寸小、薄型，可在恶劣环境下持续运作，低ESR、省电，更好的VCC（电容的电压系数），以及具有高度可靠的耐受性，以及高耐受性的端子金属，适合AI服务器的需求。
在聚合物钽电容产品线中，YAGEO针对AI服务器推出A700/A720/A798铝聚合物系列，采用表面贴装技术，可在-55℃至+ 105℃/ 125℃的温度范围工作，电压范围为2V至35V，电容范围为6.8 µF至680µF，仅有3mΩ至70mΩ的低ESR，支持非点火故障模式，为固体对电极（无干涸），在高频下电容损耗低，无电压降额，可耐受125℃的温度，低直流漏电，采用聚合物阴极技术，可100%加速稳态老化，通过100%浪涌电流测试，具有自修复机制，采用EIA标准外壳尺寸。
结语
综观AI服务器的电源设计需求，多层陶瓷电容器与聚合物钽电容器各自发挥着不可替代的作用，前者以极低ESL与优异的高频去耦性能，保障高速运算核心在瞬态负载下的稳定供电；后者则以大容量、低ESR与优良的中低频滤波能力，为系统提供稳健的能量缓冲与长期可靠性。通过两者在不同频段与负载特性的互补协作，AI服务器能同时满足高效能运算、严苛电源完整性与长时间稳定运行的要求。YAGEO推出的新款MLCC与聚合物钽电容器，无疑将在未来AI基础设施的发展中扮演更加关键的角色。