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AI 서버의 전원 무결성 향상 : 실리콘 커패시터와 MLCC의 역할 변화

Power Integrity Upgrades in AI Servers: Evolving Roles of Silicon Capacitors and MLCCs

발행일: | 리서치사: 구분자 TrendForce | 페이지 정보: 영문 13 Pages | 배송안내 : 1-2일 (영업일 기준)

    
    
    



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AI 서버에서 전원 무결성의 필요성은 기판 수준에서 패키지 수준으로 직접 확대되고 있습니다. 이러한 변화에 따라 커패시터 기술의 변혁이 진행되고 있으며, 기존의 다층 세라믹 커패시터(MLCC)에만 의존하던 형태에서 실리콘 커패시터와 MLCC를 모두 활용하는 계층적이고 상호 보완적인 접근 방식으로 전환되고 있습니다. PCB, VRM, 파워 쉘프, 파워 모듈 전반에 걸친 시스템 수준의 디커플링, 필터링, 전압 조정에서는 여전히 MLCC가 주요 부품으로 사용되고 있지만, 실리콘 커패시터는 국소적인 측면에서 분명한 이점을 가지고 있습니다. 얇은 구조, 낮은 등가 직렬 인덕턴스(ESL), 뛰어난 고주파 특성, 그리고 직류 바이어스 및 온도 변동 하에서도 안정적인 정전용량 덕분에 GPU, ASIC, HBM 주변 및 첨단 패키지 내부의 다이 인근 디커플링에 최적입니다. AI 가속기에서 치플릿, HBM 스태킹, 고출력 패키징의 채택이 확대되는 가운데, 실리콘 커패시터는 AI 및 HPC 애플리케이션에서 패키지 수준의 전원 무결성을 확보하기 위한 필수적인 보완 부품이 될 전망입니다.

주요 하이라이트

  • AI 서버의 전원 무결성 요구 사항은 기판에서 패키지로 확대되고 있습니다.
  • 커패시터 전략은 MLCC에만 의존하던 방식에서, 실리콘 커패시터와 MLCC를 조합한 보완적인 구성으로 전환되고 있습니다.
  • MLCC는 전체 배전망에 걸친 시스템 수준의 디커플링, 필터링 및 전압 조정에서 계속해서 주류 위치를 유지하고 있습니다.
  • 얇고 ESL이 낮으며 고주파 특성이 안정적인 실리콘 커패시터는 첨단 패키지의 다이 인근 디커플링에 적합합니다.
  • AI 및 HPC 분야에서 치플릿 아키텍처, 적층 HBM, 고전력 패키지가 보급됨에 따라, 실리콘 커패시터는 패키지 수준의 전원 무결성을 확보하기 위한 필수적인 보완 요소로 부상하고 있습니다.

목차

  • 1. 실리콘 커패시터의 장점 : 낮은 ESL과 고전압·고온 환경에서의 안정성
  • 2. 실리콘 커패시터는 패키지 내 MLCC의 한계를 극복하고, 전력 무결성을 위한 분업 체제를 확립
  • 3. 전원 공급의 병목 현상이 인쇄 회로 기판에서 패키지 내부로 이동함에 따라, 실리콘 커패시터가 해결책으로 등장
  • 4. 대만, 일본, 한국의 주요 실리콘 커패시터 제조사 및 공급망
  • 5. 향후 전망 : 실리콘 커패시터는 AI의 고도화된 패키징 분야에서 표준 구성 요소로 점차 보급될 것
  • 6. TRI의 견해
KSM 26.08.03

The need for power integrity in AI servers is extending from the board level directly into the package. This shift is driving a transition in capacitor technology, moving beyond a sole reliance on traditional multi-layer ceramic capacitors (MLCCs) toward a layered, complementary approach utilizing both silicon capacitors and MLCCs. While MLCCs remain the primary components for system-level decoupling, filtering, and voltage regulation across PCBs, VRMs, power shelves, and power modules, silicon capacitors offer distinct localized advantages. Their thin profile, low equivalent series inductance (ESL), excellent high-frequency characteristics, and stable capacitance under DC bias and temperature fluctuations make them ideal for near-die decoupling around GPUs, ASICs, HBMs, and within advanced packages. As AI accelerators increasingly adopt chiplets, HBM stacking, and high-power packaging, silicon capacitors are poised to become vital complementary components for package-level power integrity in AI and HPC applications.

Key Highlights

  • Power integrity demands in AI servers are extending from boards into packages.
  • Capacitor strategy is shifting from only MLCCs to a complementary mix of silicon capacitors and MLCCs.
  • MLCCs stay dominant for system-level decoupling, filtering, and voltage regulation across power distribution.
  • Silicon capacitors, with thin form, low ESL and stable high‑frequency behavior, are suited for near‑die decoupling in advanced packages.
  • As chiplet architectures, stacked HBM and high‑power packaging proliferate in AI and HPC, silicon capacitors are emerging as essential complements for package‑level power integrity.

Table of Contents

  • 1. Advantages of Silicon Capacitors: Low ESL and Stability in High-Voltage, High-Temperature Environments
    • Figure 1: Schematic Diagram of a Silicon Capacitor
    • Figure 2: Capacitance Variations Between Silicon Capacitors and MLCCs Under Voltage and Temperature Changes
  • 2. Silicon Capacitors Address MLCCs’ Limitations Within Packages, Thus Establishing a Division of Labor for Power Integrity
    • Table 1: Comparison Between MLCCs and Silicon Capacitors
  • 3. As Power Supply Bottlenecks Shift from the PCB to Inside the Package, Silicon Capacitors Emerge as a Solution
    • Figure 3: Primary Placement Locations for Silicon Capacitors
  • 4. Major Silicon Capacitor Manufacturers and Supply Chains in Taiwan, Japan, and South Korea
    • Table 2: Corresponding Dynamics of Silicon Capacitor Technology Among Taiwanese, Japanese, and South Korean Suppliers
  • 5. Future Development: Silicon Capacitors to Slowly Become Standard Configuration for Advanced Packaging of AI
    • Figure 4: Future Technical Orientations and Existing Challenges of Silicon Capacitors
  • 6. TRI’s View
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