为 AI 服务器选择合适的电容器：高性能计算技术指南

在服务器设计中，电容器看似是被动的辅助元件，但在 AI 服务器中，电容器在极端电气压力下实现稳定性、瞬态响应和长期可靠性方面发挥着关键性作用。电容器选择不当会导致电压下降、热失效、可靠性降低，甚至系统崩溃。Ymin（上海永铭电子股份有限公司）是一家拥有内部研发能力的品牌电容器制造商，通过查看其电子部门提供的关键电容器，可帮助我们了解如何根据应用选择合适的电容器。在这篇博客中，我们将提供一份以工程为导向的系统性电容器选型指南，专门针对 AI 服务器生态系统。

电容器在 AI 服务器电源和信号链中的作用

在 AI 服务器中，工作负载的动态变化与通用计算不同：加速器（例如：GPU、TPU、ASIC）快速切换电源状态，存储器模块需要在宽频率范围内进行严格的电压调节，外设系统（存储、网络）可能会因 I/O 负载变化而出现大电流瞬态。这些系统中的电容器有几个基本作用：

1. 大能量储存/平滑
2. 跨频段去耦/旁路
3. 瞬态响应
4. 断电保护

表 1：用于 AI 服务器的电容器特性分类。（图片来源：Ymin）

表 1 列出了最关键规格的细分数据，以及这些规格与 AI 服务器要求的对应关系：

按 AI 服务器子系统选择电容器

主板和 VRM 级：

• 挑战：快速瞬态电流、紧电压调节、开关噪声
• 最佳电容器类型：多层聚合物固态铝、导电聚合物钽、标准固态聚合物
• 设计准则：混合散装和高频去耦（聚合物 + MLCC），尽量减少电感，采用降额设计

电源（AC/DC、DC/DC 转换器）：

• 挑战：纹波大、转换效率低、运行时间长
• 最佳电容器类型：湿式电解（输入）、混合聚合物（输出）、聚合物或多层（高频滤波）
• 设计准则：大容量输入侧电容器、低 ESR 输出、控制热条件

存储 / SSD / 断电缓冲：

• 挑战：必须在断电时提供储存的能源
• 最佳电容器类型：湿式电解、混合聚合物、多层固体聚合物
• 设计原则：计算 E=½CV²，确保冗余，管理泄漏和老化

网络/互连/交换机：

• 挑战：突发流量、电磁干扰、动态负载
• 最佳电容器类型：低 ESR 固态聚合物、多层固态聚合物
• 设计原则：使用高额定纹波电容器，尽量减少寄生，与 MLCC 结合使用

网关、聚合节点、外部接口：

• 挑战：桥接系统需要强大的噪声抑制功能。
• 最佳电容器类型：多层聚合物固态铝、聚合物/混合型
• 设计原则：宽带去耦、纹波抑制、热降额

多层聚合物固体铝电解电容器（如 MPD121M1ED28040R）（图 1）非常适合用于上述每个服务器子系统。

图 1：MPD121M1ED28040R 非常适合服务器子系统应用。（图片来源：Ymin）

实用步骤和工程师核对表

1. 确定电气要求（瞬态、纹波、储能）
2. 将要求对应到 ESR、纹波、电容、寿命、ESL
3. 选择候选电容器系列并检查降额曲线
4. 模拟瞬态性能和纹波抑制
5. 优化 PCB 布局，实现最小寄生阻抗
6. 验证散热和可靠性余量
7. 设计原型并进行压力测试验证
8. 规划冗余和保护措施

结语

在 AI 服务器中，电容器的选择必须是全面的——与电气性能、频率响应、热可靠性和老化相匹配。没有一种电容器适合所有用途；相反，工程师应采用混合组合来满足宽泛的需求。优先考虑低 ESR、纹波能力和温度耐受性。在建模、测试和验证时始终留有安全余量，以确保系统的长期稳定性。