AIDC系列深度(五)：三次电源：AI芯片功率跃升下的价值重估

投资逻辑： AI算力需求持续释放，推动AIDC供电架构向800VDC高压直流和电力电子化方向演进，供电瓶颈也正从机房侧、机柜侧进一步下沉至板级与芯片侧。三次电源作为直接面向GPU/ASIC的末级电压调节环节，决定芯片供电稳定性、瞬态响应能力与算力释放水平，正伴随AI芯片功率跃升进入系统性升级周期。 需求驱动：芯片功率跃升，低压大电流成核心矛盾。英伟达数据中心GPU热设计功耗从A100的400W提升至B300的1400W，五年间提升逾2.5倍；液冷导入后，单机柜GPU部署数量和功率密度进一步提升。在核心电压维持0.6V-1.8V低压区间的约束下，功耗提升最终转化为末级供电电流放大，千安级电流叠加毫欧级PDN阻抗，使I²R损耗呈平方级放大。同时，AI芯片负载快速波动对输出电压稳定性提出更高要求，三次电源面临大电流、高瞬态、小空间、高效率四重约束，架构升级成为必然方向。 技术演进：从分立式多相Buck向模块化、垂直供电和封装级集成迈进。短期看，多相Buck+DrMOS仍是GPU/CPU/ASIC核心供电的主流基线，随着单芯片功率向千瓦级提升，供电相数、单相电流能力、数字控制精度以及配套磁件、电容和高阶PCB用量均有望提升。中期看，TLVR、模块化POL、VPD垂直供电有望加速导入，分别改善瞬态响应、缩短客户设计周期、降低PDN阻抗并释放芯片周边空间。长期看，IVR、封装级电源和背面供电将与先进封装、Chiplet、HBM深度协同，推动三次电源进一步向封装和芯片内部迁移。 产业链影响：核心元器件量价齐升，竞争壁垒向系统能力迁移。DrMOS方面，高功率大电流推动DrMOS用量线性增长，产品规格由50A向80A/90A以上演进，前四大海外厂商合计份额约85%，供应紧张打开国产导入窗口；电感方面，高频化与小型化推动电感材料与工艺升级推动量价双击；电容方面，MLCC用量较通用服务器提升约13倍，高端料号供给紧张推动价格上行，未来MLCC和硅电容或将分层应用互为补充；PCB方面，嵌入式电感/电容、高多层与3D结构成为高功率密度三次电源的重要升级方向。 竞争格局：海外龙头主导，国产厂商加速追赶。芯片侧MPS、英飞凌领跑多相控制器与DrMOS市场；模组侧台达、伟创力、Vicor分别在全链路系统方案、垂直供电产品、分比式电源架构等领域形成差异化竞争优势；被动元件侧，村田、乾坤科技等厂商在高端MLCC和芯片电感领域占据优势。国内厂商中，杰华特加速推进多相控制器和DrMOS产品导入，深南、中富深耕三次电源PCB并已实现批量交付，铂科、龙磁等则受益于高端芯片电感升级。 投资建议 从产业节奏看，三次电源将沿“成熟方案升级—模块化架构导入—封装级/芯片级供电演进”推进。短期，多相Buck+DrMOS仍是主流底座，AI芯片功率提升将带动单机相数、单相电流能力、低DCR电感、高可靠电容和高阶PCB用量提升，业绩兑现确定性较强。中期，TLVR、模块化POL、VPD等方案有望加速导入，进一步改善瞬态响应、降低PDN损耗并缓解板面空间约束。长期，IVR、封装级电源和背面供电将与先进封装、Chiplet、HBM深度协同，具备平台协同和前瞻技术储备的厂商有望获得长期卡位价值。建议关注中富电路、铂科新材、深南电路、杰华特、三环集团等。 风险提示 资本开支不及预期；芯片功率提升不及预期；技术路线变；客户认证和订单放量不及预期等。 内容目录 1.1三次电源：供电链路末端核心，最贴近GPU/ASIC的电压调节环节..............................51.2芯片功率持续跃升，低压大电流成供电核心矛盾.............................................61.3三次电源升级面临四重约束：大电流、高瞬态、小空间、高效率...............................7 2.1主流：多相Buck+DrMOS仍是主流基础架构..................................................82.2 TLVR：耦合电感架构重构瞬态响应.........................................................82.3模块化：从分立元件走向一体化电源模块..................................................102.4垂直供电：缩短供电路径，压降板级损耗..................................................112.5远期方向：IVR或为芯片侧供电的终极形态................................................13 3.1 DrMOS：AI算力驱动量价齐升，全球格局高度集中..........................................133.2电感：TLVR架构升级，台系及大陆厂商竞争力较强.........................................153.3电容：MLCC用量大幅增加，日韩厂商占据寡头地位.........................................153.4 PCB：AI芯片升级驱动电源PCB技术迭代..................................................16 4.1英飞凌：全球功率半导体龙头，Grid-to-Core全链路布局领跑AI算力供电.....................184.2 MPS：芯片侧电源管理平台型厂商，核心在高集成POL与模块化...............................204.3台达：数据中心电源系统解决方案提供商，与英飞凌合作布局VPD............................214.4伟创力：Grid-to-Chip电源平台型厂商，与瑞萨合作强化三次电源竞争力......................234.5 Vicor：深耕近芯片供电，技术领先性与专利壁垒持续兑现...................................244.6 Murata村田：全球被动元器件龙头，MLCC业务增长迅速.....................................254.7杰华特：深化AI电源布局，DrMOS+多相控制器实现高端量产突破.............................274.8铂科新材：芯片电感国产龙头，受益VPD/TLVR等近芯片供电升级.............................284.9龙磁科技：磁性材料积累深厚，高端芯片电感打开AI供电增量空间...........................294.10深南电路：PCB龙头企业，埋嵌集成技术打开三次电源模块载板想象空间......................304.11中富电路：深耕电源PCB，受益AI数据中心电源架构升级..................................31 图表目录 图表1：三次电源位于AI电源系统的三级变换链路最后一级..........................................5 图表2：三次电源是供电系统中离芯片最近的一级...................................................5图表3：算力芯片演进驱动峰值电流需求不断提高...................................................5图表4：AI芯片TDP与机柜功率密度迅速提升，或将推动电源架构升级.................................6图表5：电源升级的本质是降低I²R损耗：升压降电流&近距降低电阻...................................6图表6：随着AI芯片供电电流的增大，三次电源面临四项严峻问题....................................7图表7：基于多相Buck的小占空比供电架构方案....................................................8图表8：多相Buck架构在稳定性、动态响应速度以及散热等方面拥有着明显优势.........................8图表9：多相降压拓扑...........................................................................9图表10：TLVR拓扑..............................................................................9图表11：TLVR在拥有其独特优势的同时也存在技术局限性并面临产业化挑战............................9图表12：分立电源需要配置多种元器件...........................................................10图表13：所有元器件需经过严谨选型才能满足设计指标要求.........................................10图表14：AI芯片三次电源方案分化：英伟达分立式，ASIC走向模块化................................10图表15：Vicor模块电源比大多数分立电源更小巧、高效............................................11图表16：模块电源封装外形有助于实现均匀且可预测的散热，而分立式解决方案会导致不均匀且不可预测的散热..............................................................................................11图表17：英伟达的Hopper GPU横向供电架构......................................................11图表18：随着VRM的输出功率和电流增大，PCB损耗将会变大........................................12图表19：与LPD相比VPD通过改变POL的位置来缩短电力传输距离...................................12图表20：未来三次电源解决方案的发展趋势.......................................................13图表21：Drmos/SPS集成了Driver、MOSFET、电流、温度检测信号等.................................14图表22：Drmos/SPS集成了Driver、MOSFET、电流、温度检测信号等.................................14图表23：芯片电感起到为GPU、ASIC、DDR、FPGA、CPU等芯片前端供电的作用..........................15图表24：依据三星电机，AI服务器所需MLCC数量达28000个，提升约13倍...........................15图表25：硅电容可采用芯片正面贴装、基板底面贴装、基板嵌入式三种方案...........................16图表26：MLCC与硅电容分工不同，分层搭配.....................................................