挑選適合 AI 伺服器的電容：高效能運算的技術準則

在伺服器設計中，電容看似是被動的輔助元件，但卻是在 AI 伺服器中的關鍵要角，能在極端電氣壓力下，促成穩定性、暫態響應以及長期可靠性。挑選不適合的電容可能導致電壓下降、熱故障、可靠性降低，甚至系統層級的當機。查看來自 Ymin (Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd) 電子事業部提供的主要電容。此電容器品牌具備自主研發能力，有助於說明如何挑選適合應用的元件。在本部落格文章中，我們將提供一份針對 AI 伺服器生態系統量身打造的工程導向且系統化的電容選購指南。

電容在 AI 伺服器電源與訊號鏈中的作用

在 AI 伺服器中，工作負載的動態與一般用途的運算有所不同：加速器 (如GPU、TPU、ASIC) 會迅速切換電源狀態、記憶體模組需在廣大的頻率範圍內達到嚴密的電壓調節，而週邊系統 (儲存、網路) 在 I/O 負載變動時，可能會經歷高電流暫態。電容器在這些系統中可發揮幾項基礎作用：

1. 大容量儲能／平滑
2. 跨頻段解耦／旁路
3. 暫態響應
4. 功率損耗保護

表 1：AI 伺服器用的電容器特性列表。(圖片來源：Ymin)

表 1 列出最關鍵的規格項目，以及如何對應到 AI 伺服器的需求：

依 AI 伺服器子系統挑選電容

主機板與 VRM 級：

• 挑戰：快速暫態電流、嚴密的電壓調節、切換雜訊
• 最佳電容類型：積層聚合物固態鋁質、導電聚合物鈦質、標準固態聚合物
• 設計準則：混用大容量與高頻解耦 (聚合物 + MLCC)、將電感降至最低、運用降額

電源供應器 (AC/DC、DC/DC 轉換器)：

• 挑戰：高漣波、轉換效率不佳、長時間運作需求
• 最佳電容類型：濕式電解 (輸入)、聚合物混合式 (輸出)、聚合物或積層 (高頻濾波)
• 設計準則：大輸入大容量電容、低 ESR 輸出、控制熱條件

儲存裝置／SSD／斷電緩衝：

• 挑戰：必須在停電期間以儲能供電
• 最佳電容類型：濕式電解、聚合物混合式、積層聚合物固態
• 設計準則：計算 E=½CV²、確保備援、控管漏電與老化

連網／互連／交換器：

• 挑戰：突發流量、EMI、動態負載
• 最佳電容類型：低 ESR 聚合物固態、積層聚合物固態
• 設計準則：使用高漣波等級電容、將寄生效應降至最低、結合 MLCC

閘道器、聚合節點、外部介面：

• 挑戰：橋接系統需要強大的雜訊抑制能力。
• 最佳電容類型：積層聚合物固態鋁質、聚合物／混合式
• 設計準則：寬頻解耦、漣波抑制、熱降額

積層聚合物固態鋁電解電容，如 MPD121M1ED28040R (圖 1)，就非常適合上述各伺服器子系統使用。

圖 1：MPD121M1ED28040R 非常適合用於伺服器子系統應用。(圖片來源：Ymin)

工程師的實用步驟與檢查清單

1. 界定電氣要求 (暫態、漣波、儲能)
2. 對應 ESR、漣波、電容值、壽命、ESL 的要求
3. 指定候選的電容系列並檢查降額曲線
4. 模擬暫態效能與漣波抑制效果
5. 最佳化 PCB 佈局將寄生阻抗降至最低
6. 確認散熱和可靠度餘裕
7. 在壓力測試下進行原型設計與驗證
8. 規劃備援與防護措施

結論

在 AI 伺服器中，電容的挑選必須全方位考量，包括電氣行為、頻率響應、散熱可靠性及老化等因素。沒有任何一款電容可包辦所有功用；工程師應混合搭配，以滿足寬頻需求。優先考慮低 ESR、漣波能力及耐溫性。在建模、測試與驗證時應將安全餘裕納入考量，以確保系統的長期穩定性。