NVSwitch芯片周圍MLCC陣列的PDN阻抗優(yōu)化方案

在AI計(jì)算集群高速發(fā)展的今天，NVSwitch芯片作為實(shí)現(xiàn)多GPU互聯(lián)的核心器件，其供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）的阻抗特性直接影響著信號傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。MLCC（多層陶瓷電容）陣列在PDN阻抗優(yōu)化中扮演著關(guān)鍵角色，東莞市平尚電子科技有限公司基于工業(yè)級技術(shù)積累，為AI加速計(jì)算系統(tǒng)提供了可靠的MLCC解決方案。

PDN阻抗的頻域特性要求MLCC陣列具備全頻段覆蓋能力。平尚科技的MLCC采用X7R介質(zhì)材料，在100kHz至10MHz的中頻段，等效串聯(lián)電阻（ESR）可穩(wěn)定在0.8mΩ以下，配合低電感封裝設(shè)計(jì)，將等效串聯(lián)電感（ESL）控制在0.2nH以內(nèi)。與普通MLCC相比，這種優(yōu)化使得在NVSwitch芯片的供電端口處，目標(biāo)阻抗可降低至1.5mΩ以下，有效抑制芯片工作時的電壓波動。

電容值的選擇需要根據(jù)芯片的電流特性精確配置。平尚科技通過建立精確的仿真模型，建議在NVSwitch芯片周圍采用多值并聯(lián)的方案：100nF電容負(fù)責(zé)抑制高頻噪聲，10μF電容處理中頻段的電流需求，再輔以47μF電容應(yīng)對低頻波動。這種組合相比單一容值的方案，可將電壓紋波峰值控制在15mV以內(nèi)，優(yōu)于普通設(shè)計(jì)的25mV水平。

溫度穩(wěn)定性對MLCC的高頻特性具有重要影響。平尚科技的MLCC通過優(yōu)化介質(zhì)材料和電極結(jié)構(gòu)，在-55℃至125℃溫度范圍內(nèi)，容量變化率控制在±7%以內(nèi)。相比之下，普通Y5V材料的MLCC在相同條件下的容量變化可能超過±30%。這種穩(wěn)定性確保了在AI訓(xùn)練服務(wù)器長時間高負(fù)載運(yùn)行時，PDN阻抗特性不會因溫度波動而發(fā)生顯著變化。

封裝尺寸的選擇需要平衡性能與空間限制。平尚科技的0201封裝MLCC通過改進(jìn)端電極設(shè)計(jì)，在保持0.1μF容量的同時，寄生電感降至0.15nH，比0402封裝的0.3nH降低約50%。這種特性在NVSwitch芯片周圍的密集布局中尤為重要，可以有效減少去耦半徑，提升高頻響應(yīng)速度。

在實(shí)際應(yīng)用案例中，平尚科技的MLCC陣列方案已成功應(yīng)用于多個AI計(jì)算項(xiàng)目。在某國產(chǎn)AI服務(wù)器的NVSwitch供電系統(tǒng)中，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的MLCC陣列，將電源完整性（PI）的均方根噪聲控制在8mV以內(nèi)，同時實(shí)現(xiàn)了在100MHz頻率范圍內(nèi)低于2mΩ的目標(biāo)阻抗。這些參數(shù)完全滿足國內(nèi)AI硬件廠商對高速互連系統(tǒng)的供電要求。

布局策略對阻抗優(yōu)化效果的影響同樣關(guān)鍵。平尚科技建議采用"先小后大"的布局原則，將小容量MLCC盡可能靠近芯片電源引腳，大容量電容適當(dāng)外擴(kuò)。通過合理的布局設(shè)計(jì)，可以有效降低PDN的環(huán)路電感，將高頻段的阻抗峰值抑制在5mΩ以下。

焊接可靠性是確保MLCC性能充分發(fā)揮的基礎(chǔ)。平尚科技的MLCC通過采用柔性端電極結(jié)構(gòu)，在溫度循環(huán)測試中，可承受-55℃至125℃的1000次循環(huán)而無開裂現(xiàn)象。這種機(jī)械穩(wěn)定性確保了在服務(wù)器長期運(yùn)行過程中，MLCC陣列能夠保持穩(wěn)定的電氣性能。

平尚科技工業(yè)級MLCC產(chǎn)品已通過嚴(yán)格的可靠性驗(yàn)證。在85℃/85%RH的高溫高濕測試中，絕緣電阻保持在10^8Ω以上，且容量變化率不超過初始值的±5%，完全滿足AI加速計(jì)算系統(tǒng)對元器件可靠性的要求。

隨著AI計(jì)算芯片功耗的不斷提升，PDN阻抗優(yōu)化將面臨更大挑戰(zhàn)。平尚科技通過持續(xù)改進(jìn)MLCC的介質(zhì)材料和封裝技術(shù)，為NVSwitch等高速芯片提供了可靠的供電保障，助力國產(chǎn)AI計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高水平的性能表現(xiàn)。

審核編輯 黃宇