智算中心(AIDC)高速發展驅動高壓直流供電(HVDC)需求

在 AI 行業大發展的背景下, 推動 GPU 的算力能力持續叠代增長, 對應的功率也在不斷被推高. 伺服器機架的設計也在向高密度方向發展. AI 伺服器機架單櫃功率正在從千瓦級邁向兆瓦級. HVDC 具有優勢, 開始成為共識. 高壓直流路線交直流端轉換更少, 端到端效率能夠提高顯著; 配套專用的機架, 也可以釋放空間容納更多計算資源, 在銅排用量, 散熱, 可拓展性等方面優勢也比較明顯.

從傳統的 415V 三相交流電系統過渡到 800V 直流電架構, 可帶來顯著優勢, 包括: 1) 直接輸送至 800V 直流電計算機櫃, 消除了冗余的轉換環節, 提升整體能效. 2) 減少銅用量與成本: 採用 800V 直流電後, 相同線徑的電纜可傳輸的功率比交流電系統高出 157%. 3) 提升能效. 4) 架構更簡化, 更可靠: 直流配電系統本身更簡單, 所需的變壓器, 相位平衡設備等組件更少.

與傳統交流系統相比, 800V 直流架構可以相同線規承載超過 150% 的功率, 從而顯著減少銅纜使用量和配線複雜度. 三線制替代四線制的交流布線, 不僅節省材料, 也簡化了安裝與維護流程. 電力在設施層面由交流轉直流, 僅經歷一次變換, 隨後直接輸送至機架. 機架內部僅需一次高效的降壓轉換, 即可為 GPU 節點提供穩定的 12V 電壓. 這種簡化的電源路徑將系統效率從過去的不足 90% 提升到接近 96%, 並顯著降低廢熱.

輝達 800V 直流電生態系統供應商: 1) 晶片廠商: 英飛淩, 英諾賽科, 萬國半導體, 亞德諾半導體, 宜普電源, 芯源系統, 納微半導體, 安森美, 包爾英特, 瑞薩電子, 立锜科技, 羅姆半導體, 意法半導體, 德州儀器. 2) 電源廠商: 貿聯, 台達電, 偉創力, 領益, 光寶科技, 麥格米特. 3) 電力系統: ABB, 伊頓, 通用電氣, Heron Power, 日立能源, 三菱電機, 施耐德電氣, 西門子, 維諦技術.

台達電 HVDC 其技術進展主要體現在: 1) 早期布局: 已開始配合北美核心客戶 (如輝達, Meta) 開發. 2) 系統整合能力: 方案覆蓋從高壓整流到低壓轉換的全方案.3) 電源技術積累: 相較於施耐德, 伊頓等傳統配電企業, 台達在電力電子轉換效率, 電流乾淨度 (低紋波) 及可靠性上更具優勢. 4) 客戶生態綁定: 深度參與輝達, Meta 等頭部客戶的早期方案定義. 5) 成本控制能力.

麥格米特在 2025 年 GTC 大會上發布過一個供應輝達的 800V 高壓直流電源機櫃, 配置了19 個 800V 30kW 的 PSU (Power Distribution Unit) 模組. 一個 PSU 模組里面有 6 顆氮化鎵的 PFC (Power Factor Correction/納微半導體供應) 和 8 顆碳化矽的 MOSFET (英飛淩和意法半導體供應), CBU (Capacitor Blocking Unit) 部分則同樣配置了19 個電容模組, 里面總共放了 500-600顆 EDLC (江海股份供應).

伺服器電源的研發流程一般為: 英飛淩, 納微半導體等功率半導體公司根據需求研發並生產出功率半導體器件及 demo. 台達電, 光寶, 麥米等電源廠基於 demo 和終端客戶的需求進行電源的定制化開發和設計, 不同終端客戶的要求和對電源配置的需求均有不同, 因此擁有輝達, 谷歌, Meta, AWS, 字節等大的終端客戶, 是伺服器電源公司最重要也是最核心的競爭力.

Vertiv 計劃於 2026 年下半年推出全棧 800VDC 供電系統. 該系統將包括集中式整流器, 高效直流匯流槽, 機架級 DC-DC 轉換器和直流備用系統. 其新的 800VDC 產品線將在 Nvidia 的 Kyber 和 Rubin Ultra 平台推出之前推出, 這些下一代架構預計將大規模突破人工智慧訓練和推理的極限, 為整個機架供電, 每個機箱的 GPU 機櫃可能超過 40-60 kW, 每個機架的功率可能超過 300 kW.

根據電力電子系統應用智庫報告, 隨著輝達率先向 800V HVDC 數據中心電力基礎設施過渡, 未來 AI 數據中心配電方式從 "低壓交流配電" 向 "高壓直流直供" 的技術飛躍, 將成為 AI 算力中心標配, 市場空間可達千億級. 結合 QYResearch 預測值, 我們預測 2024-2029 年, 全球 HVDC 市場規模從 10 億美元增長至 157 億美元, CAGR 達 73.41%.

輝達 800V 架構的初期演進定位為 "UPS升級版", 核心是為現有數據中心提供低成本, 平滑的升級路徑, 此方案保留了原有的 UPS 設施, 在 UPS 與伺服器機櫃之間增設一個專用的電源機架(Power Sidecar). 預計從 2026 年中期開始, 標準化 HVDC 解決方案將規模化放量, 此階段將徹底取消傳統 UPS, 供電架構顯著簡化, 備電功能由機架側的 BBU 和電網側的 BESS (電池儲能系統) 構成的雙層儲能體系承擔.