如今在科技圈，超火的話題非AI（人工智能）莫屬。特別是隨著生成式AI的興起，AI能力的進化明顯加速，隔不了多久新來的“后浪”就會讓原有的技術消逝在沙灘上。

所謂內行看門道，明眼人都知道，這一場AI狂歡背后，是巨大算力的托舉，而算力的背后則是對“電力”更為迫切的需求。

據國際能源署的測算，在全球范圍內，作為AI算力核心基礎設施的數據中心的能耗，約占全球總電量的1%至1.5%。而隨著AI技術的進步，有專家預測在未來十到二十年，這個比例可能會提高到20-30%，且隨著時間的推移將繼續增長。將AI比喻成“能耗巨獸”并不為過。

這種宏觀層面的能源挑戰自然會投射到微觀層面。具體到承載AI算力的數據中心，有研究顯示，如今AI服務器消耗的能源是傳統系統的三倍，某些應用中AI加速器件的電力需求會高達1,000A！考慮到AI在預訓練時需要使用數萬甚至數十萬級的加速卡集群，這就使得許多新的數據中心已經達到了相當于一座小型城市的能耗級別。

打造如此高密度、高性能的算力基礎設施，僅通過在原有技術基礎上打補丁，顯然是行不通的。因此，想要邁入AI時代，從系統架構到元器件層面的全面創新勢在必行。

AI時代的無源元件挑戰

在AI推動的技術創新浪潮中，無源元件自然不會缺席，特別是在滿足日益攀升的數據中心能耗需求方面，更是發揮著舉足輕重的作用。

從上文的分析中我們不難看出，AI時代的無源元件面臨著來自三方面的技術挑戰：

大功率

這意味著無源元件需要在相關性能上更上層樓，具備支持更大電流、更高電壓的能力。同時，更大的電流無疑會帶來更大的I2R損耗，這就要求在功率鏈路上使用具有等效電阻更低的無源元件（比如更低ESR的電容器、更低DCR的電感器），以盡可能減少能量耗散。

小尺寸

在單位空間內集成更多的AI加速卡，是衡量未來數據中心的一個重要指標。這就要求在PCB電路設計中選擇“小身材”的無源元件。而小尺寸和大功率這兩個特性往往又是相互制約的，這就催生出新一代的無源元件，能夠為緊湊的空間應用打造出高功率密度的解決方案。

高可靠

高功率密度應用場景，不可避免地會帶來更高的工作溫度和更具挑戰性的工作環境，因此熱管理是數據中心設計中至關重要的一環。除了花重金打造更高效的數據中心散熱系統外，選擇熱性能更出色、能夠在極寬溫度范圍和復雜環境中工作，提供穩定性能的高可靠性元器件，也是一個重要考量。

當然，大功率、小尺寸、高可靠……這些在AI時代肉眼可見的需求，對于成熟的無源元件行業來講，每個特性上一個細微的進步，都需要有材料、架構以及工藝上的創新作為驅動。

那么，想要大踏步地邁進AI時代，無源元件需要哪些技術驅動力？下文將以國巨集團旗下的KEMET公司的幾款代表性的產品為例，帶大家一起做一次深入的探究。

材料創新，賦能大電流功率電感器

在為AI基礎設施中的加速器設計電源時，功率電感是不可或缺的一款磁性元件。如何在支持更高電流的同時，更大限度地減少能量損失并提高整體效率，是擺在大功率電感面前關鍵的挑戰。

在衡量功率電感性能時，高飽和磁通密度（Bs）和低矯頑力（Hc）是兩個核心指標：高Bs的電感器有助于處理更強的磁場而不會飽和，這意味著其能夠支持更大的電流并存儲更多的能量，使得高功率密度設計成為可能；而低Hc則意味著電感需要更少的能量來磁化和退磁，從而減少能量損失并提高整體效率。然而，在使用傳統磁芯材料制造功率電感時，高Bs和低Hc這兩個特性往往不可兼得，工程師不得不因為權衡和折中，而影響到電源系統的性能表現。

YAGEO通過材料創新，推出了熱成型FeBPCu納米晶體材料，其可以同時實現低至23A/m的矯頑力和1.55T的飽和磁通密度。與傳統的磁芯材料相比，這種納米合金無疑是制造高效率、高性能功率電感器的更好選擇。

圖1：FeBPCu納米晶體材料與傳統磁芯材料性能比較（圖源：YAGEO/KEMET）

KEMET的TPI大功率電感器就是基于這種創新磁芯材料而打造的一款大電流、低損耗磁性元件，其具有低自發熱和DCR的特性，一圈貫通結構的線圈設計進一步優化了大電流下的效率表現。

這些SMD大電流功率電感器提供150nH至230nH的額定電感，具有很寬的工作溫度范圍（-40°C至125°C，在50A額定電流條件下），而且僅有±10%的電感容差、±5%的直流電阻容差，可以為高開關頻率應用提供出色的性能和可靠性，非常適合服務器、存儲、超級計算機、分布式電源、負載點（POL）DC-DC電源以及其他高開關頻率應用。

圖2：KEMET大電流功率電感器

（圖源：YAGEO/KEMET）

創新架構，打造低ESR聚合物鉭電容器

在無源元件中，電容器是應用極為廣泛的一個品類。具體到AI基礎設施應用中，能夠在有限的電路板空間內，滿足功率效率要求的電容器，無疑是理想之選。而我們所熟悉的傳統電容產品，似乎與這一“理想”都有差距。好在，KEMET的KO-CAP聚合物鉭電容器來了！

顧名思義，“聚合物鉭電容器”是在繼承了傳統鉭電容器高體積效率（單位體積內的容值）和高穩定性特點的基礎上，通過元件結構上的創新，造就出的一種特色鮮明的產品。

具體來講，KO-CAP聚合物鉭電容器和其它類別的鉭電容器一樣，其Ta2O5介質層是生成在由鉭粉顆粒燒結而成的金屬塊上。它們的不同之處在于，KO-CAP其以一層高導電率的聚合物作為負極覆蓋在介質層表面，這種導電聚合物的顯著優點之一就是大大降低了電容器的ESR（可以低至5?20mΩ），遠遠低于傳統鉭電容器的ESR數值（200~2,000mΩ）。極低的ESR能夠降低紋波電壓，允許通過更大的紋波電流。特別是在高頻下，這種聚合物鉭電容器的阻抗曲線呈現出近似理想電容器的特性，電容量非常穩定。

不難看出，KEMET的KO-CAP聚合物鉭電容器融合了固態電解電容器與導電聚合物陰極的優點，在一個表面貼裝封裝中結合了多層陶瓷電容器（MLCC）的低ESR、鋁電解電容器的高容值、鉭電容器的高體積效率等多重優勢，是在高頻率下實現更低ESR和更好性能穩定性的理想解決方案，是AI驅動的服務器和云基礎設施應用的不二之選。

圖3：KO-CAP聚合物鉭電容器

（圖源：YAGEO/KEMET）

工藝創新，大幅提升PCB空間利用率

在電容器領域，MLCC以其小型化、高容量、高可靠性和低ESR等特性，頗受工程師青睞，應用日趨廣泛。在AI驅動的應用中，自然也少不了其身影。特別是其緊湊的外形，為空間受限的應用提供了極大的設計靈活性。

而你是否想象過，利用同樣的PCB面積，大幅提升MLCC容值和性能，更大限度地提升空間利用率？KEMET的KONNEKT高密度密封技術就能幫你輕松實現這一目標。

圖4：基于KONNEKT技術的MLCC產品

（圖源：YAGEO/KEMET）

KEMET的KONNEKT技術其實并不神秘，從上圖大家就能一目了然。沒錯，就是利用創新的CuSn瞬態液相燒結（TLPS）材料，將多個MLCC單元粘合在一起，連接成一個整體的表面貼裝元件。其中，TLPS材料將低熔點金屬或合金與高熔點金屬或合金進行低溫反應，能夠形成高導電性鍵合材料。

這種高密度的封裝工藝技術，無需使用金屬框架即可將各個組件粘合在一起，有利于降低ESR、ESL和對電容器的熱阻，而且與標準MLCC回流焊表面貼裝工藝兼容，可謂是一舉多得。

圖5：KONNEKT高密度封裝技術示意圖

（圖源：YAGEO/KEMET）

正是由于這種創新封裝工藝具有如此鮮明的優勢，KEMET已將KONNEKT技術廣泛應用在MLCC中，形成了豐富的產品組合，包括2.4nF至20uF電容范圍、25VDC至3kVDC額定電壓、I類（C0G、U2J）和II類（X7R）電介質、多種外形規格（EIA 1812、2220和3640），還包括AEC-Q200車規級產品。這也為不斷拓展的AI應用中的元件選型提供了便利。

圖6：基于KONNEKT技術的產品組合及特性

（圖源：YAGEO/KEMET）

本文小結

今天，AI正在以超乎想象的速度走進我們的生活，這也為無源元件的發展開拓了一片潛力巨大的市場空間。而想要在這片全新的市場沃土中生根并茁壯成長，需要無源元件在材料、架構和工藝等多個維度，進行全方位的創新，迭代出適應AI時代的新生代產品。

具體來講，無源元件走進AI時代，到底應該怎么做？上文介紹的幾款KEMET產品已經給出了答案，你get到了嗎？