晶片級 vs 機板級：兩個「背面供電」
重點先講：「背面供電」這四個字最近同時出現在台積電和台達電的新聞裡，很多人以為是同一件事。其實一個在晶片內部（奈米級），一個在主機板上（毫米級）。這篇接著我粉專這則貼文 〈台積電SPR，台達電VPD都是背面供電，有何差異?〉，用工程數字算給你看：為什麼 AI 晶片吃到 1000A 時，兩個背面都少不了。
圖：晶粒級 SPR（左）與系統級 VPD（右）的供電路徑對照（@vkinng 粉專原圖）
發生了什麼
- 台積電 A16 / SPR：官方數據為相較 N2P，同電壓速度快 8–10%、同速度功耗降 15–20%、密度最多 1.10 倍。電源軌移到晶背，直接接到電晶體的 source/drain。
- 台達電 VPD：台達在 GTC 與 Computex 展示垂直供電模組，把 48V→0.8V 的 DC-DC 轉換放到 AI 晶片背面，官方說法是可減少 AI 加速器系統 5–15% 的能源損耗；2025/8 與英飛凌合作，採 OptiMOS 90A 功率級開發 VPD 模組。
- 兩者共同的邏輯：把電改走垂直的最短路徑，讓電流少走一段電阻。
一句話分工：SPR 解決「晶片裡最後一微米」，VPD 解決「機板上最後十公分」。前者是晶圓廠的製程，後者是電源廠和主機板、封裝設計的事。
工程重點 1：1000A 下的 I²R，為什麼每 0.1mΩ 都很貴
功率損耗 P = I²R。手機晶片吃幾安培，0.1mΩ 根本無感；但 AI GPU 核心電壓不到 1V、電流超過 1000A（英飛凌公開提到頂級 AI 晶片已達 2000A 以上）。代入算：
- 1000A × 0.1mΩ = 100mV 壓降，對 0.8V 核心等於 12.5% 的電壓預算直接沒了。
- (1000A)² × 0.1mΩ = 100W 熱，而且是發生在電路板上、還要另外散掉。
- 電流變 2 倍，損耗變 4 倍。這就是為什麼電流越大，越要把路徑砍短。
工程重點 2：主機板銅層的橫向電阻怎麼算
PCB 電源平面用「方塊電阻」估算：1oz 銅（約 35μm）大約 0.5mΩ/□。假設伺服器板用 10 層電源/地平面並聯，降到約 0.05mΩ/□。如果 VRM 放在板邊，電流要橫走 10cm、有效寬度 5cm，就是 2 個方塊 ≈ 0.1mΩ，剛好回到上面那個 100W 的例子（再加上去程與回程、過孔、接頭會更多）。
垂直供電把模組放到 GPU 正下方，電流只要穿過約 1–2mm 的板厚，靠大量並聯過孔上去，路徑電阻可以降一個數量級以上。粉專貼文裡的「220mV→5mV、18W→1.2W（省約 93%）」是用來說明量級的示意數字，台達官方公開的是「省 5–15% 系統損耗」與「TVR 效率 >94%」。
工程重點 3：VRM 位置演進，從板邊到正下方，再到封裝裡
- 第一代：橫向（Lateral）— VRM 圍在 CPU/GPU 四周，電流沿 PCB 平面流進來，最直觀也最好散熱。
- 第二代：垂直（Vertical）— 模組放在處理器背面，取代原本那裡的去耦電容；因為離負載近，暫態響應更快，電容電感需求也降低。
- 第三代：封裝內 / 晶片內（IVR）— 把最後一級穩壓做進封裝甚至晶粒，像 Intel 早年的 FIVR。電流在更高電壓下走到很近才降壓，但會把熱和面積塞回晶片附近。
- 而台積電 SPR 就是再往裡一層：電已經到了晶粒，最後從金屬層走到電晶體的那一小段也改走背面。
工程重點 4：兩層「背面」怎麼疊加，以及代價
把整條供電鏈想成串聯電阻：48V 匯流排 → 板上降壓 → 板上銅層 → 封裝載板 → 晶粒內金屬層 → 電晶體。VPD 砍的是「板上銅層」那段，SPR 砍的是「晶粒內金屬層」那段，兩者不重疊，所以效益可以相加。
- 空間紅利：GPU 四周不再被電感、MOSFET 包圍，可以讓給 HBM 堆疊與高速 SerDes 走線；晶粒正面的金屬層也全部還給訊號。
- 散熱取捨：VPD 等於把一個 1000W 等級轉換器的損耗熱（效率 94% 時仍有數十瓦）放到 GPU 背後，正面有冷板，背面也得處理；SPR 則因晶圓薄化、背面多了金屬，晶片內熱點與散熱路徑都要重新設計。
- 維修與良率：模組在 GPU 底下不易重工；SPR 則多了晶圓接合與薄化製程，成本與良率是代價。
還缺什麼／待核
- A16 量產時程各來源說法不一（2026 下半年到 2027），首發客戶仍屬供應鏈說法。
- 晶圓薄化到「約 3.5μm」與「220mV→5mV、18W→1.2W」屬貼文示意數字，查無台積電或台達電官方公開來源。
- 台達 VPD 實際導入哪一代 GPU 平台、量產規模，目前沒有官方公布。
延伸影片
AI 資料中心的供電，從電網一路到晶片都在升級，這兩支影片講的是前半段：
你覺得下一步會是什麼：VRM 直接做進封裝，還是乾脆把電壓拉更高送到晶片旁邊？這題在粉專討論很熱，歡迎來留言聊聊 🙌
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來源：TSMC A16 技術說明；Delta 2024 GTC／Computex 2024 新聞稿；Infineon × Delta 2025/8/28 新聞稿；APEC 2025 TVR 論文摘要。文：vkinngworld ｜ YouTube @vkinng