面對人工智能技術的飛速發展，數據中心的高功率計算需求給芯片電感帶來了哪些前所未有的挑戰與機遇呢？

隨著人工智能技術的持續進步和應用領域的不斷拓展，數據中心正面臨著前所未有的挑戰，特別是在高功率計算需求方面顯得尤為突出。這一趨勢不僅加速了數據中心基礎設施的升級步伐，也極大地推動了市場對高性能芯片電感需求的激增。

Big-Bit電子變壓器與電感網有幸在第11屆功率變換器磁性元器件聯合學術年會上，對中國電源學會磁技術專業委員會委員陸慶進行了深度專訪。

磁技術專業委員會委員：陸慶

專訪中，陸慶先生憑二十余年磁性材料領域經驗，就市場對芯片電感的技術需求及未來趨勢等熱點，與記者深入交流，展現了對軟磁材料、芯片電感及其應用的深刻見解。

Q：您什么時候開始涉足芯片電感領域？

陸慶：芯片電感主要分為組裝式電感與一體式電感兩種類型。以往的工作經歷中，我比較關注組裝式電感。然而，鑒于未來電感自動化生產的發展趨勢，2022年我便開始專注于一體式電感。

需要明確的是，我們目前所討論的芯片電感與服務器主板上常見的一體成型電感并不完全相同。電感產品存在多種類型與檔次劃分，例如，目前在商用領域，二級與三級一體電感的應用較為廣泛。特別是在48V轉12V和12V轉1V的電源轉換過程中，電感發揮著至關重要的作用。

此外，在服務器電源以及CPU和GPU的供電系統中，也大量使用了電感，這些電感有時被稱作芯片電感。

具體來說，芯片電感又可分為為CPU供電和為GPU供電兩類。目前，為CPU供電的電感要求相對較低，價格在0.2美元以下。

然而，我們現在所討論的高性能芯片電感，與人工智能算力緊密相關。在高性能芯片電感領域，英偉達、AMD、谷歌等公司正在積極投入，我國在GPU研發方面則相對薄弱，主要是華為在致力于相關芯片的研發。在這些高性能芯片中，電壓已經降至1V以下，而功率卻在不斷增大，因此急需一種能承受大電流且體積小巧的電感，這正是我們目前研發高性能芯片電感的目的所在。

Q：從產品最終形態去看，高性能芯片電感是否會與CPU或GPU集成在一起，還是仍然保持獨立的一體電感形態？

陸慶：目前芯片電感領域存在兩種發展方向。英偉達采用的是分離式設計，即在GPU旁邊單獨配置電感。而另一種思路是，隨著垂直供電技術的發展，電感未來的發展趨勢將是模組化，兩個方向我們都在關注。

具體來說，就是在電感上GND和Vin以及相關信號引腳，并集成CMOS等元件，使電源模塊實現小型化，從而使電感從無源變為帶有有源功能，并更加靠近CPU、GPU芯片以降低損耗提升效率。目前，一些芯片廠商如MPS、瑞薩等也在研究這個方向。

這種設計可以顯著減小電感體積，但研發與制作成本較高，每顆芯片電感的價格至少在1美元以上，甚至可能高達4-5美元。不過，隨著技術的不斷發展，單顆芯片電感的成本有望逐漸降低。

芯片模組電感

Q：按照這一發展趨勢，什么類型的磁性材料會成為高性能芯片電感領域的主流選擇？

陸慶：以目前英偉達為代表的領先技術來看，因為鐵氧體材料受Bs限制，電流越大就很容易飽和，沒辦法滿足芯片電感的需求。而非晶納米晶材料在提高磁導率方面也存在挑戰，同樣滿足不了芯片電感的需求。

考慮到AI算力領域電源厚度不斷變薄，金屬磁粉芯在這方面具有優勢，實現更高的磁導率，因此未來芯片電感很可能以金屬磁粉芯為主要發展方向。

Q：電源、電感都在追求小型化，高性能芯片電感的尺寸是多少？

陸慶：關于芯片電感的尺寸，目前可以達到毫米級別，例如5*4*6毫米的尺寸，未來芯片電感的厚度還可能進一步減小到2毫米以下，甚至更薄。

Q：對于芯片電感而言，主要關注哪些參數呢？

陸慶：最重要的是在相同的飽和電流和參數條件下，能否將電感的體積做得更小。

我國在一體成型芯片電感領域的發展主要采用兩種制造工藝：熱壓成型和銅鐵共燒。三鈦科技和鉑科新材的銅鐵共燒技術在全球范圍是技術一流，規模也在行業領先，東磁、天通等多家磁性材料企業都在進行這方面的研發，但真正能夠大規模量產芯片電感，月產能有KK級別的企業很少。

此外，熱壓成型技術也是國內的一個研究熱點，其中乾坤科技在納米晶熱壓成型領域處于世界領先地位。這兩種技術路線各有優缺點，因此目前大廠通常會同時使用這兩種生產工藝的芯片電感。

Q：高性能芯片電感目前存在的技術難點有哪些？

陸慶：在材料領域，針對芯片電感的需求，我們精心設計與研發線材的形狀，隨后交由專業的線材制造商進行加工處理。至于磁芯，則構成了我們研發工作的核心焦點。

隨著技術向高頻化邁進，當前電感的頻率已攀升至MHz量級，這對所用材料提出了更為嚴苛的要求。未來的磁性材料研究，將著重于如何在材料層面實現更精細的調控，以有效減少渦流損耗并提升磁導率。

金屬磁粉芯在過去二十年里實現了飛躍式的發展，其損耗持續降低，已逐漸逼近鐵氧體材料的損耗標準。10年前，金屬磁粉芯應用于MHz級別場景的想法還顯得遙不可及。而今，行業正經歷著深刻的轉型，金屬磁粉芯的未來發展前景極為廣闊。

另一方面，隨著電感產品厚度的不斷減小，工藝方面的挑戰日益凸顯。

電感產品尺寸的縮小使得成型過程中的良率控制變得更為困難，燒結階段也更容易產生次品。如何高效且準確地檢測這些微小的電感，成為了一項極具挑戰性的任務，要求我們不斷對電感的工藝和設備進行優化升級。

當前，金屬磁粉芯一體電感采用特殊壓制與燒結工藝，這是因為磁粉芯必須通過這兩種工藝，以滿足磁導率和損耗指標。展望未來，若產品從毫米級向微米級發展，光刻工藝或許會成為備選方案，但就目前而言，這一技術路徑的實現仍面臨較大難度。

在設備層面，芯片電感領域中的許多設備都需要量身定制，難以直接購買到標準產品。即便是所謂的AI檢測技術，也需要不斷對系統進行訓練與優化。

正是由于這些高難度挑戰，導致目前采用金屬磁粉芯銅鐵共燒技術路線的芯片電感企業數量稀少。需要企業匯聚材料、電感以及設備領域的專家，共同致力于這一創新事業。

芯片電感（單相電感與雙相電感）

Q：如何看待芯片電感未來的發展？

陸慶：未來五年內，AI算力行業將異常火熱。英偉達已經推出了Blackwell，這標志著新一代技術的誕生，而我國芯片技術的發展水平與上一代的H100相比仍存在顯著差距，可以說他們已領先我們兩代。

今年，英偉達還在中國大陸市場推出了簡化版的AI芯片H20，這款芯片一經推出就受到了百度、阿里、騰訊、字節跳動等科技巨頭的熱烈追捧。然而，當前美國實施的禁售政策正迫使我國國內廠商加速芯片研發的進程。

我預測，或許再過五年，中美兩國在芯片技術上的差距將會顯著縮小。因為當前全球范圍內，美國和中國是大力推動AI發展的兩大主要力量，而AI領域面臨的最大挑戰之一就是電力供應。

得益于我國完善的電網系統和充足的電力資源，未來幾年，我國還將大力建設數據中心。AI與數據中心行業的發展速度將異常迅猛，遠遠超越新能源行業。新能源行業的未來年增長率可能維持在20%至30%之間，而AI與數據中心行業的年增長率則可能高達50%至60%，隨著未來計算能力的持續增強，對高性能芯片電感的需求數量預計將進一步攀升。

結語

通過與行業技術專家陸慶的深入交流，我們不難發現，芯片電感不僅承載著為CPU和GPU提供穩定供電的重任，更是推動AI算力行業邁向新高度的關鍵力量。

未來五年內，AI算力行業將呈現出爆炸式增長，而我國在芯片電感領域雖然起步較晚，但得益于國家政策的大力支持和企業界的不斷努力，正逐步縮小與國際領先水平的差距。金屬磁粉芯、熱壓成型、銅鐵共燒等先進技術和制造工藝的廣泛應用，將進一步提升芯片電感的性能和可靠性，滿足AI和數據中心日益增長的算力需求。

與此同時，我們也應清醒地認識到，芯片電感領域技術的研發和創新仍面臨諸多挑戰，如材料性能的提升、工藝難度的加大以及設備定制化等難題。然而，正是這些挑戰孕育著新的機遇，推動著我國芯片電感行業不斷向前發展。

展望未來，基于AI與數據中心行業的強勁發展趨勢，可以預見芯片電感領域將迎來更為廣闊的市場空間和積極的發展機遇。我們期待，芯片電感領域技術所驅動的創新能為科技領域及相關行業帶來更加顯著的進步與改善。

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審核編輯 黃宇