AI数据中心迈入800V高压时代,英伟达领衔电源革命实现单机架1兆瓦突破

2025-09-29 19:59:55 9189次浏览

  

在全球范围内,以ChatGPT、Claude和DeepSeek为代表的人工智能应用正引发新一轮技术革命,随之而来的是超大规模AI数据中心对电力需求的急剧攀升。人工智能工作负载的指数级增长,正在将数据中心的电力需求推向临界点。

当前,AI数据中心的功耗正从传统的每机架20-30kW快速跃升至500kW甚至1MW级别。以英伟达为例,其单台AI GPU服务器功率已接近1kW,满载NVL AI服务器机柜功率轻松突破100kW。而规划中将于2027年量产的1MW AI Facto ry机架集群,更是对供电系统提出了革命性要求。

面对高性能计算算力密度的持续提升,数据中心的电源架构正加速向800V直流(或±400V)HVDC高压体系转型。行业普遍认为,800V架构能显著降低供配电网络中的能量损耗,提升整体能效,为兆瓦级机柜的规模化部署提供关键技术支撑。

传统机架电源系统与800V HVDC的对比

随着AI工作负载的爆发式增长,传统54V机架内配电系统已无法满足现代AI工厂中兆瓦级机架的供电需求。当前AI工厂普遍采用的54V直流供电方式,在机架功率超过200千瓦后开始面临多重挑战:

首先是空间限制问题。以NVIDIA GB200 NVL72设备为例,需要配备多达8个电源架。若沿用54V直流配电,在兆瓦级功率需求下,Kyber电源架将占用高达64U的机架空间,导致计算设备无处安装。

其次是铜缆过载问题。在1兆瓦级单机架中采用54V直流供电,仅铜母线就需200千克。一个1吉瓦规模的数据中心,其机架母线所需铜量将高达50万吨,这种配电方式显然难以为继。

此外还存在转换效率低下的问题。电力传输链中重复的交直流转换不仅耗能,还会增加系统故障风险。

相比之下,800V HVDC架构通过在数据中心边缘将13.8kV交流电网电源直接转换为800V高压直流,可省去大部分中间转换环节,显著降低能量损耗。 同时,该方案还能减少电源单元数量,提升系统可靠性并降低散热压力。

英伟达牵头组建800V HVDC联盟

2025年5月,英伟达在台北国际电脑展上宣布成立800V高压直  流供电供应商联盟,目标是在2027年前建成支持单机架1兆瓦功率的下一代AI数据中心。

虽然高压直流输电并非新技 术,但受限于变换器效率、保护机制等问题,过去十年间在数据中心领域未能实现规模化应用。如今,固态电源技术的进步和电动汽车行业的发展为800V系统提供了技术保障,英伟达联合上下游合作伙伴构建的完整产业链,为技术落地扫清了障碍。

官方数据显示,该架构端到端能效可提升5%,维护成本最多可降低70%,并能显著减少散热相关费用。除英伟达外,微软、谷歌、Meta等科技巨头也纷纷布局高压直流供电方案。

国产厂商的技术布局

面对这一技术变革,国内企业也在积极跟进。8月1日,英诺赛科成为英伟达800V直流电源架构合作商名录中唯一的中国芯片企业。双方将合作推动800V直流架构在AI数据中心的规模化应用,预计可使单机房算力密度提升10倍以上。

另一家封测企业长电科技也推出了一系列解决方案。在初级电源转换单元环节,该公司提供基于多种先进封装形式的大功率分立器件;在中间总线转换环节,开发了具备双面散热特性的PDFN封装;在负载点电源环节,提供成熟的QFN封装及新型LGA高度集成封装方案。

氮化镓(GaN)的技术优势

英诺赛科能够入选英伟达供应链,部分原因在于全球氮化镓供应的紧张局面。作为第三代半导体材料,GaN相比碳化硅具有独特优势:

GaN器件采用横向结构,具有高电子迁移率和低导通电阻,特别适合高频应用场景。其高频特性带来三大优势:可缩减变压器体积、提升转换效率、减小滤波器尺寸。这些特性使GaN成为800V高压直流架构的理想选择。

随着2027年Kyber架构与800V HVDC系统的同步上线,全球AI基础设施将进入全新的功率时代。在AI驱动的未来,能源将成为继算力之后的下一个核心竞争领域。

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