通信行业AI电源专题：AI能耗高速增长引发电源架构重要变革

重点标的推荐股票股票收盘价投资EPS(元)P/E代码名称2026-03-09评级2024A2025E2026E2027E2024A2025E2026E2027E002335.SZ科华数据63.16买入0.6808772.4692.8858.4835.6825.67人工智能数据中心电力消耗快速增长，电源系统亟需改进在云计算和人工智能热潮的推动下，市场对数据中心的需求空前高涨，根据Precedence

Research的统计与预测，伴随着国内外互联网巨头及云厂加大资本开支

投入，AIDC（AI数据中心）建设的提速，全球数据中心IT侧新增装机功率预计将从2024年的10.5GW激增至2030年的40.3GW。但电力供应正成为最大的制约因素：人工智能数据中心的能源消耗速度大约是电网新增电力速度的四倍，这为发电地点、人工智能数据中心建设地点，以及更高效的系统、芯片和软件架构的根本性转变奠定了基础。800V高压直流是未来智算中心供电的重要趋势在智算业务高密度、高容量、高波动、高效率需求下，传统供电系统已现瓶颈。高压直流（HVDC）因稳定、高效、可靠和高带载能力获行业青睐。随着IT机柜功率密度的提升，数据中心供电电压提升成为行业发展趋势，DC800V或+400V输出的HVDC和直流不间断电源作为两种可选方案将会被市场所接受。SST电源系统可视为10kV交流输入的直流不间断电源系统的进阶版，代表了当前数据中心直流供电系统的主要发展方向。VPD前景广阔在人工智能的推动下，数据中心的功率需求预计持续高速增长。要进一步提高计算性能，同时降低总体拥有成本（TCO），不断提高从电网到核心的功率转换效率和功率密度至关重要。多重压力下，VPD以更短供电路径、更低PDN阻抗、更优瞬态响应、更省板上空间，成为支撑高算力、高集成度AI芯片的关键支撑。我们看好AI时代下供电系统变革带来的投资机会，推荐：科华数据（通信电新联合覆盖），相关标的：中恒电气（电新组覆盖）、麦格米特（电新组覆盖）、宏微科技、中富电路等。风险提示：人工智能发展不及预期；市场竞争加剧的风险；新技术发展不及预期；国际贸易摩擦的风险；报告中提及的“相关标的”仅为对相关公司的罗列，不构成任何投资建议。目录人工智能数据中心电力消耗快速增长，电源系统亟需改进数据中心的交流供电与直流供电数据中心高压直流的崛起与演进VPD（垂直供电技术）前景广阔5.产业链相关公司人工智能数据中心电力消耗快速增长，电源系统亟需改进14当前，人工智能正以前所未有的速度融入人们的生活与工作，在带来便捷与高效的同时，其背后隐藏的庞大能源消耗却较少被人留意。国际能源署发布的《能源与AI》报告，揭示了AI能耗的真实数据。当用户与AI完成一次对话，云端服务器便会消耗2瓦时电能，约等于开灯十分钟的耗电量；若使用AI生成一段视频，所需电量则升至50瓦时，足够一台电风扇持续运转约1小时。然而，在全球科技巨头竞逐大模型赛道的算力竞赛中，能源消耗的代价远超公众想象。报告以OpenAI的GPT-4为例，该数据模型在持续14周的数据模型训练中消耗了42.4吉瓦时电力，日均耗电0.43吉瓦时，这堪比2.85万户欧美家庭的日均用电量。但这仅仅是AI能耗的冰山一角——放眼全世界，2024年全球数据中心耗电达415太瓦时，占据全球总用电量的

5

，与英国全年用电量相当。其中，美国数据中心耗电量180太瓦时占全球45的份额，其次是占据25的中国和占据15的欧洲。过去十年，美国数据中心用电量增长迅猛，2015至2024年间以年均约12

的速度增长，2024年耗电量达180太瓦时，超过美国全社会用电量的4

。同时，中国的数据中心行业自2015年起也显著扩张，2015至2024年间电力需求年均增长15，而同期中国全社会用电量年均增速仅为7，目前中国数据中心年耗电量约100太瓦时，大致相当于国内电动汽车的年用电量。未来AI能源消耗图景更具冲击力，报告预测，到2030年，全球数据中心用电将升至945太瓦时，逼近日本当前全国用电规模。人工智能数据中心的能源消耗速度大约是电网新增电力速度的四倍，这为发电地点、人工智能数据中心建设地点，以及更高效的系统、芯片和软件架构的根本性转变奠定了基础。这对正在竞相建设人工智能数据中心的美国和中国来说，这些数字尤其引人注目。美国能源部委托撰写的一份2024年报告显示，2023年美国数据中心消耗的电量约占美国总发电量的4.4

，约为176太瓦时。预计到2028年，这一数字将增至325至580太瓦时，分别占美国总发电量的6.7

至12。图：2014年至2028年服务器存储、网络设备和基础设施的总发电量与消耗量（预估）国际能源署预计中国2025年的能源消耗量将达到400太瓦时。到2030年，我国数据中心用电负荷将达

05亿千瓦，总用电量约为5257.6亿千瓦时，占全社会总用电量的4.8

。虽然这些数字看起来与美国的消耗量相当，但国际能源署指出，中国公民的能源消耗量远低于美国公民。在全球范围内，能源消耗率每年以30的速度增长，这主要归因于人工智能，其中美国和中国占了约80的增量。图：电力消耗占比此前在播客节目BG2中，微软CEO纳德拉和OpenAI

CEO

Sam

Altman直接对话时亲口承认公司正面临一个前所未有的尴尬：微软手上有成堆的英伟达GPU，但是基础设施不足以支撑这些芯片运行起来。因为缺乏电力、缺少可以立马投入使用的数据中心，而只能让这些GPU闲置。在一档在线访谈中，谷歌前CEO埃里克·施密特也谈到了电力在AI竞赛中的重要性。在谈到在AGI竞赛时，施密特表示：“以中美对比为例，中国的优势是他们已经解决了电力问题，他们拥有极具才华的软件人才，但硬件不足，这大致是他们的现状。在美国我们有很多优势，但是我们没有足够的电力。”美国，加利福尼亚州，圣克拉拉，全球最大的AI芯片Nvidia的总部所在地。全球两大数据中心开发商在该地建设了数据中心，但已经空置多年，或因当地无法供电。2019年，数据中心巨头数字房地产信托公司「Digital

Realty

Trust」在此申请建造一座数据中心。将近六年过去，该项目仍是一座空壳，等待着电力的全面接入。2025年早些时候，蓝猫头鹰资本收购了Stack

Infrastructure，在附近也有一个48兆瓦的项目同样处于闲置状态。与此同时，该市的公用事业公司「硅谷电力」正艰难地进行电力设施升级。在云计算和人工智能热潮的推动下，市场对数据中心的需求空前高涨，但电力供应正成为最大的制约因素。在全球电能质量治理市场蓬勃发展的背景下，数据中心正成为驱动行业增长的核心引擎。根据Precedence

Research的统计与预测，

全球电能质量治理市场规模有望从2024年的386亿美元增至2030年的563亿美元，复合年增长率（CAGR）达到6.5

。伴随着国内外

互联网巨头及云厂加大资本开支投入，AIDC（AI数据中心）建设的提速，全球数据中心IT侧新增装机功率预计将从2024年的10.5GW激增至2030年的40.3GW。英伟达GPU产品路线图的快速迭代进一步加剧了这一挑战。其GPU升级周期从两年缩短至一年，TDP（热设计功耗）从H100的700W提升至B300的1400W，再到VR300的3600W。运算能力的飞跃性提升直接导致服务器功耗激增，现有48-54低压服务器架构已接近物理极限。当前主流服务器机架难以实现100kW以上的高功率密度部署，电源插座、线缆设计等基础设施亟需升级，可扩展性瓶颈日益凸显。图：GPU迭代升级带来耗电量增加数据中心的交流供电与直流供电210数据中心交流供电系统为用电设备提供安全可靠的电能供应，通常包括AC1OkV配电、AC1OkV转AC380V变电，以及UPS、馈线柜、PDU等低压配电环节(国外的电压标准不同，电压数值会有差异，但整体架构类似)。数据中心供电系统的核心要求是能够保障数据中心中ICT设备全年无休不间断工作，既包括直接向ICT设备提供电能，也包括向为ICT设备正常工作提供稳定环境的其它辅助设备提供电能，如空调、监控等设备用电。UPS作为交流供电系统的核心设备由整流器、逆变器、电池组、静态转换开关等组成，正常情况下，整流器把输入的交流电变换成稳定的直流母线电压，同时给电池充电，逆变器再把直流母线电压变换成交流电，经过交-直-交变换起到净化输入电源的作用。如果市电中断或异常，UPS会不间断转由电池逆变输

出，电池供电时间的长短取决于负载大小及电池容量。在电池供电期间，如果电池电压下降到终止电压市电还没有恢复正常，而此时UPS旁路电源正常，则

自动转到旁路继续供电。市电恢复正常时，整流器自动开启，重新回到交-直-交的供电模式，整个过程负载供电不会中断。随着市电品质的提升以及数据中心对供电效率的更高追求，行业内也在尝试UPS平时由静态旁路供电，市电异常时转为逆变器供电的经济模式(ECOmodel)。基于UPS设备的交流供电系统改善了电力品质，做到了负载供电不中断，但是因为供电链路长，节点设备多，所以占地面积比较大、建设周期比较长、供电效率也不高。图：UPS工作原理图为了提升电力设备的建设速度、供电效率，减少占地面积，近年市场上出现了预制化电力模块设备。电力模块是将低压供电系统中的配电、UPS、馈线柜等设备集成为一体，有的还包括上游的中置柜和变压器，整体实现在工厂预制、一体化运输、一体化安装。《数据中心800V直流供电技术白皮书（2.0）》中指出根据测算，与传统的数据中心低压供电系统相比，电力模块的占地面积可以节省30、建设周期节省50，总体系统投资节省10。预制化电力模块设备在未改变配电结构和原理的前提下进行了较好的集成化处理，为数据中心建设带来显著的效益，逐渐被用户认可。随着用电负荷密度的进一步提升，预制式电力模块设备受限于传统的供电架构和电压等级，整套系统的供电效率和供电密度很难有更大提升，在占地面积、系统能效、新能源消纳等方面还存在一定的技术局限。图：传统数据中心低压供电系统（上）

图：数据中心电力模块供电系统（含4台UPS）（下）高压直流(HVDC)供电系统是在电信行业的-48V直流供电系统基础上发展而来的，引入DC240V或者DC336V标称电压的供电制式后，取得了更高的供电效率，扩大了供电半径。该技术因没有逆变环节，蓄电池组距离末端负荷更近，成为了与传统UPS并行发展的可替代方案，在互联网、运营商、超算、金融等领域的大型数据中心具有一定应用。HVDC诞生和进入数据中心供电的初始动力是电池直挂输出，不会受到逆变器状态的影响，便于维护，并且服务器最终使用的也是直流。数据中心接受DC240V供电的现实基础主要有两个，一是传统服务器能够直接接入DC240V，二是原有的AC220V供电线路和设备能够直接适用DC240V，而DC336V的规格推广就遇到了阻力。在实际应用中，电池直挂确实能够提升供电系统的可靠性，但是HVDC还是需要DC/DC电路进行隔离和调压，并且它的输入跟UPS一样也是低压交流，所以设备效率并没有比UPS有明显的提升。加上数据中心设备还无法完全使用直流供电，有的租赁客户仍然倾向于传统的交流供电，所以HVDC主要在互联网、运营商、超算、金融等领域的自用机房中使用，全行业来看占比不高。10kV交流输入的直流不间断电源系统是在HVDC基础上进一步集成，将上游的中置柜和变压器也包括其中，实现供电系统的预制化和集成化。主要特色是用移相变压器替代了传统的降压变压器，移相的同时进行负载分组，可以有效降低系统的电流谐波含量并提升输入功率因数。与传统低压输入的HVDC系统相比，10kV交流输入的直流不间断电源系统体积更小、效率更高。系统的输出电压可以是DC240V或DC336V，也可以根据需要进一步提升，并可兼顾AC220V输出，具有一定的进步性。但是由于该设备中AC10kV移相变压器采用铜线绕制，所以还稍显笨重，成本也受到铜材的硬性限制难以下降。图：传统服务器接入AC和接入DC的区别数据中心高压直流的崛起与演进315在智算业务高密度、高容量、高波动、高效率需求下，传统供电系统已现瓶颈。高压直流（

HVDC）因稳定、高效、可靠和高带载能力获行业青睐。传统的UPS系统，其工作原理是典型的“交直交”双重转换。它主要由整流器、逆变器、蓄电池和静态开关组成。市电正常运行时，交流电（如380V/220V）经AC/DC整流器变换为直流电，同时给蓄电池充电；接着，直流电再经DC/AC逆变器变换为纯净的交流电供向负载。当市电运行系统出现异常时，蓄电池放出电能，通过逆变器变换为交流电向负载供给，保证设备正常运行。然而，这种双重转换过程中，逆变环节和功率器件不可避免地会产生热能损耗，降低了电能利用效率。特别是在实际应用中，为确保UPS系统的可靠性，主机通常采用n＋1（n＝1、2、3）方式运行，且后端负载的谐波和波峰因数也会限制UPS主机的运行。这导致UPS单机设计的最大稳定运行负载率通常仅为35～53％，使得UPS主机长期在低负载率下运行，其转换效率往往低于80％，远低于其理论最佳效率。HVDC（高压直流）方案则代表了一种更简化的供电路径，直接对采用220V交流输入电源的设备供电，与常用的-48V直流电源不同。其核心优势在于仅需一次AC/DC变换。380V/220V交流市电经AC/DC整流器变换为240V/380V高压直流电，再经过配电模块输出，将直流电配送至各个通信设备中。整个运行过程比较简单，减少了逆变环节和功率器件，从而降低了热能损耗，提高了供电效率。HVDC系统采用电池直接挂母线设计，这意味着电池组可以直接连接配电模块，为通信设备末端输送源源不断的电源，无需利用逆变器进行转换，降低了故障的发生几率，提高了可靠性。HVDC供电技术在技术层面展现出显著优势：其系统可靠性极高，得益于模块化并联冗余，大型直流系统几乎可实现零瘫痪，可靠性可达“10个9”级别。同时，HVDC显著节能，模块化设计确保整流器在高负载率下高效运行，输入功率因数通常超过0.99且谐波含量控制在5以下。此外，HVDC具备高带载能力，能轻松应对高电流峰值负荷，且直流电源的割接改造极为便捷，支持不停电操作。随着IT机柜功率密度的提升，数据中心供电电压提升成为行业发展趋势，DC800V或+400V输出的HVDC和直流不间断电源作为两种可选方案将会被市场所接受。SST电源系统可视为10kV交流输入的直流不间断电源系统的进阶版，它的主要特征是硅进铜退，采用高效率的第三代功率半导体器件取代传统的变压器设备进行调压和整流，并具有高功率因数、低电流谐波的输入特性。其系统链路更短，效率更高，体积更小，重

量更轻，控制更方便，并具有很大的成本下降潜力，在保留直流不间断电源系统优势的前提下，弥补了它的不足。SST系统10kV交流输入，输出电压DC200-1000V可调，满足当前DC240V或DC336V以及未来DC800V或+400V的电压需求，末端经过DC/DC转换或者直接供给IT设备。SST电源代表了当前数据中心直流供电系统的主要发展方向。图：机柜功率与供电电压的匹配关系图：不同的数据中心供电方式800V高压直流是未来智算中心供电的重要趋势随着AI算力需求激增，数据中心单机柜功率密度迈向百千瓦/兆瓦级，传统UPS交流、240V直流、OCP整机柜48V直流等供配电制式面临空间、散热、能效及负载动态响应等瓶颈。800V

HVDC因稳定、高效、可靠、节材和高带载能力成为未来智算中心标配，主要采用±400V和800V（含750V）两种电压等级。其中±400V产业链成熟、安全性高，但需三线传输且负载平衡要求高；800V效率最优，可减少全链路供电损耗和铜用量，适配英伟达新一代服务器，但面临供应链、成本及安全挑战。国际在±400V主流演进下，800V

HVDC暂露头角国际科技巨头加速推进数据中心供电方案演进。分离式独立电源架构源自OCP整机柜，将电源组件从IT机柜独立至侧边机柜。谷歌、微软、Meta聚焦分离式架构±400V

HVDC方案，均提出了相关供电方案，支持100-1000kW机架，并合作发布OCP

Diablo

400项目规范以推动标准化。同时，行业探索基础设施级的全栈架构，实现800V直流全程传输。英伟达联合英飞凌等前瞻布局800V

HVDC，采用800V直流全程传输的全栈架构，适配下一代AI芯片与兆瓦级机架，计划2027年量产。国内以240V

HVDC为基础逐步兼容800V电压等级为适配智算需求，阿里、腾讯等国内头部科技公司率先试点800V等级供电。阿里联合中恒电气推出“巴拿马电源”，通过集成10kV配电、变压器及直流输出单元，将整流与DC转换合为一体，电压从240V升至800V等级，效率超97，大幅简化供电链路并节省空间。百度发布“瀚海”系统，支持240V/800V等级输出，单机柜供电超100kW。目前国内服务器设备大多采用AC220V或DC240V作为输入电源，在服务器机柜内部需要经过交（直）-直-直的变换环节，将输入电转化为400V左右的直流，然后再转换为DC48V的母线电压给服务器内部的主板、硬盘等组件供电。DC48V作为母线电压为一两百千瓦以下的机柜供电是可以的，但无法支持数百千瓦乃至兆瓦级的服务器机柜供电。在兆瓦级机柜功率场景下，使用48V直流母线配电意味着电源架将占据紧张的机柜空间，根本无法布置和安放。若以DC800V或±400V供电，

仅通过一级DC/DC变换即可转换为DC48V，减少了中间转换环节，也节省了机房内非IT设备的占用空间。如果单机柜

功率在120kW以下，这一级转换可以通过服务器

所在机柜内的电源架实现；如果单机柜功率达到

了120-500kW，这一级转换需要通过服务器机柜

旁边的站点电源架实现，以节省服务器机柜空间。图：DC800V或±400V转DC48V电源架如果单机柜功率达到了500kW以上，则DC800V或±400V电源需要直接进入服务器电路板，在电路板上经过并联的高压直流模块转化为DC48V，然后经垂直供电的电源模块直接转换成芯片所需的电压。垂直供电缩短了传输距离，节省了空间，中间可以省掉一级过渡电压，也更方便做液冷处理，整体效率比传统的水平供电可提升5。图：DC800V或±400V直接进服务器电路板图：服务器电路板上的供电链路英伟达提出新一代

AI

工厂将从当前的交流配电模式逐步转向

800

VDC

直流配电模式。现有的架构包含多个功率转换环节：首先，来自电网的中压电能（例如35

kVAC）被降压至低压水平（例如415

VAC）；随后，该电能经由交流不间断电源（UPS）调节后，通过配电单元（PDU）和母线槽系统传输至各个计算机柜。在每个机柜内部，多个电源单元（PSU）将415

VAC转换为54

VDC，并将直流电输送至计算托架，再通过板级DC-DC转换器完成最终的电压调节。未来愿景是在设施层面集中完成所有交流到直流的转换，构建一个原生直流数据中心。在该架构中，中压交流电通过大型高容量电源转换系统直接转变为800

VDC，随后将该800

VDC配电至数据中心内的各个机架。这一设计通过去除交流开关设备、转换器和PDU层级，大幅简化了电力系统结构。不仅提升了可用于创收计算设备的空间利用率，还实现了系统整体的简化，并提供了一条清洁高效的高压直流主干，便于在设施层面直接集成储能系统。图：从415VAC（上）到800

VDC配电（下）NVIDIA

MGX

架构将随着即将推出的

NVIDIA

Kyber

机架架构的演进而持续发展，该架构采用新型

800

VDC

设计。电力以高压形式直接输送至各个计算节点，在后续阶段通过高比率

64:1

LLC

转换器高效地将电压降至靠近

GPU

所需的

12

VDC。这种单级转换方式相比传统的多级转换方法更加高效，且占用面积减少

26，从而释放出处理器周边宝贵的布局空间。图：NVIDIA

Kyber机架供电示意图800

VDC

的优势提高电压是应对高功率配电挑战的有效途径。从传统的415

V或480

V交流三相系统转向800

V直流架构，具有诸多优势，包括：1、原生

800

VDC

端到端集成架构：可在设施层面直接生成800

VDC电力，并将其直接输送至800

VDC计算机柜，从而消除冗余的电力转换环节，显著提升整体能效。该架构支持高密度GPU集群部署，充分发挥每颗GPU的性能潜力，使每个AI工厂可容纳更多GPU，为合作伙伴带来更高的计算吞吐能力和收益空间。同时该设计具备良好的可扩展性，未来可支持单机柜功率超过1

MW，并实现AI工厂电力生态系统的无缝互操作与协同运行。2、铜用量减少且降本：在采用

800

VDC

时，相同线规可传输的功率比

415

VAC

高出

157。相比交流电所需的四线配置，直流系统采用更简洁的三线结构（POS、RTN、PE），减少了导体数量和连接器尺寸。这不仅降低了材料与安装成本，还简化了线缆管理，对于机架电源向兆瓦级扩展的应用场景尤为重要。3、效率提升：原生直流架构通过消除传统系统中多个低效的交流（AC）到直流（DC）转换环节，显著提升了效率。在传统系统中，端到端效率往往不足90，而这种简化的功率传输路径不仅提高了整体能效，还有效减少了余热产生。4、简洁且更可靠的结构：直流配电系统结构更为简洁，减少了变压器和相位平衡装置等组件的使用。结构的简化降低了潜在故障点的数量，从而提升了系统的整体可靠性。

这并非未知领域。电动汽车和公用事业规模的太阳能行业早已采用

800

VDC

甚至更高的电压，以提升效率与功率密度，由此形成了一个成熟的组件体

系和实践积累，可为数据中心所借鉴。在第一阶段传统数据中心中，电力路径通常是将高压交流电逐级转换为芯片所需的低压直流电，例如

12V、5V或3.3V甚至1V到芯片。服务器内部通过开关电源完成交直流转换，为单颗数百瓦功率的芯片供电。市电侧则依赖成熟的UPS架构，完成整流、逆变等过程。在第二阶段，系统开始从传统的54V直流架构向

800V直流过渡。这一阶段的典型特征是在现有基础设施和UPS输出条件下，引入“外挂式”的800V直流系统，形成一种混合型电力分配架构,针对超高密度机柜采用传统UPS转800V的sidecar电源供电，针对中低密度机柜仍采用传统UPS转54V供电的白地板改造方案。末端IT机柜可以是短期的54V供电，也可以是稍远的800V直接到主板。在这一阶段中，系统新增了储能装置，形式可能包括化学电池、超级电容或机械飞轮等。这些储能单元不仅用于引入800V直流，还承担电能质量调节的角色，以应对GPU功率快速波动带来的挑战。进入第三阶段，系统进一步演进，传统UPS架构被取消，电力系统转向以低压侧整流为核心的全直流化方案。虽然上游仍然保留交流输入，但系统结构发生了明显变化。后面增加：针对局部超高密度专区采用集中式800V供电系统，中低密度区域可以继续采用交流供电的混合供配电方案。值得注意的是，发电侧的位置也发生了调整：传统的数据中心柴油发电机不再是唯一选项，取而代之的是以天然气轮机等形式为代表的自发电与多能源供给体系。这一阶段的显著特征，是能源侧与电力架构的深度融合。

由此可以看出，英伟达对800V的定义并不局限于数据中心内部，也不局限于传统的高压配电范围，而是延伸至能源侧，形成一套系统性的演进规划。在此基础，上到了第四个阶段，全面采用中压交流到800V输出的一体化电力模块阶段，这里可以是中压整流器（如800V中压电力模块或者800V巴拿马电源），甚至是固态变压器SST等不同形式，末端IT设备也是800V直接上主板。英伟达还提出了MGX模块化系统架构，涵盖从基础设施到整机系统的完整方案。从本质上看，SST将变压器、开关柜、电源等功能，通过碳化硅、氮化镓等半导体器件进行高度集成，使数据中心的能源与电力系统也逐步走向“芯片化”。这意味着，数据中心的“芯片化”不再只发生在计算层，也正在向电源与能源系统延伸。归根结底，追求更高功率与更高密度，正是800V架构出现并加速演进的根本原因。图：数据中心架构演进路程边柜架构(Sidecararchitecture)：在服务器机柜旁边布置站点电源架(PSU)，以外挂的形式完成服务器用电的转换，输入为交流电，输出为DC800V或+400V直流电。由于电源就近布置，可有效降低线路损耗，并释放更多机柜空间给服务器，实现高密度配置与灵活电源管理。在服务器机柜内部对于只能接受DC48V的服务器，需要经DC/DC电源架转换成DC48V给服务器，对于可接受DC800V或400V的服务器，则无需转换可直接供给服务器。当前，可接受DC800V或+400V供电的服务器是AI服务器的发展趋势。图：边柜架构示意图高压直流电源（HVDC）高压直流电源（HVDC）系统主要由输入配电、整流模块和输出配电组成，一般分为组合式和分立式两种。组合式高压直流电源将输入配电、整流模块和输出配电组合到一个机柜内，容量相对较小。分立式高压直流电源将输入配电、整流模块和输出配电分别布置到不同的机柜，有的一套设备内有不止一个整流柜和输出配电柜，容量相对较大。高压直流电源设备的技术比较成熟，三相交流电进入整流模块后经过整流和功率因数校正，由DC/DC电路进行隔离和调压，然后送到输出配电柜。传统的高压直流电源输出电压是DC240V或DC336V，改成DC800V或±400V输出后，需要在DC/DC电路中通过高频变压器将输出电压提升，同时电池组接入回路也需要增加DC/DC电路。图：高压直流电源（HVDC）系统架构图图：整流模块原理架构图直流不间断电源（DC

UPS）10kV交流输入的直流不间断电源系统是在HVDC基础上进一步集成，将上游的中置柜和变压器也包括其中，实现供电系统的预制化和集成化。直流不间断电源系统的主要特色就是用移相变压器替代了传统的工频变压器，它同时具有降压、隔离和移相的作用。移相变压器将10kV中压三相交流电移相为多组低压三相交流电，每一组低压三相交流电经开关后送给若干个整流模块进行后续处理。DC400V输出的直流不间断电源系统，其整流模块的输入电压一般是三相AC240V，对于DC800V输出的直流不间断电源系统，其整流模块的输入电压需要调为三相AC480V。通过36、72甚至96脉冲的移相，每个整流模块产生的谐波可以相互抵消，同时移相变压器已经进行隔离，所以在整流模块内部不需要设计PFC电路，也不需要再次隔离，只是进行简单地整流，经过升压斩波电路（Boost

Chopper）和降压斩波电路（Buck

Chopper）调压后就可以送至直流配电输出。移相变压器输入端的电流总谐波可以达到小于3，输入功率因数可以达到大于0.99。图：直流不间断电源系统原理架构 图：移相变压器工作原理SST电源SST(固态变压器)，是一种通过电力电子技术实现能量传递和电力变换的新型变压器，它结合了电力电子技术与传统变压器技术，用于将中压交流电转换为高/低压直流电，具备电气隔离、电压变换和无功补偿功能，同时相较于传统变压器显著提高了智能化控制水平。SST能够独立调节多个端口的电压和电流，以满足不同电网或负载的需求，输出电压的具体值并不是固定不变的，它依赖于系统的设计要求、控制策略以及实际应用场景。当前典型的SST设备采用ISOP型系统拓扑，输入整流级采用多H桥模块级联构成，以减小开关管的电压应力；后级是带隔离的DC/DC变换，各模块输出并联，为负载提供直流电力。每一相都由相同数量的功率模块级联来承担输入的相电压，输出并联在一起，形成200-1000V直流母线。在电网和级联H桥中间接入滤波电感，滤波电感的主要作用是存储能量，滤除输入电流高频纹波，实现升压。每一相的前级由N个H桥模块级联构成，多模块之间采用载波移相的调制方式，提高了等效开关频率，使调制产生的输入交流电流具有良好的谐波特性。AC/DC级采用单相PFC拓扑，功率器件选用大功率Si

IGBT或SiC

MOSFET，实现整流和功率因数校正作用,

采用SiC器件可以提升AC/DC的开关频率，进一步减少网侧电流谐波含量；DC/DC级采用双有源桥或者谐振拓扑结构，功率器件选用SiC

MOSFET，由一个跟输入级连接的逆变器、谐振电容、谐振电感、高频变压器和整流器组成，通过谐振变换实现功率传输，变压器实现隔离作用。这种结构能实现输入侧的功率因数校正，同时抑制负载侧谐波对网侧的影响。图：典型SST系统拓扑图表：高压直流、直流不间断电源、SST三类电源设备性能比较高压直流(含上游配电)直流不间断电源SST

电源系统集成度低高高预制化程度低高高容量范围小中大输入电压10kVac10kVacl0kVac输出电压240/336/400/800Vdc240/336/400/800Vdc200-1000Vdc系统效率低高更高可靠性高更高有待时间检验占地面积大小更小使用历史长中短标准支持有有暂无施工周期长短更短设备成本低高更高VPD（垂直供电技术）前景广阔432在人工智能的推动下，数据中心的功率需求预计持续快速增长。要进一步提高计算性能，同时降低总体拥有成本（TCO），不断提高从电网到核心的功率转换效率和功率密度至关重要。多重压力下，VPD以更短供电路径、更低PDN阻抗、更优瞬态响应、更省板上空间，成为支撑高算力、高集成度AI芯片的关键支撑。今年CES上，英伟达确定Rubin会用VPD方案。根据英伟达的说法，Rubin架构将搭载更宽、更多的HBM4显存，HBM因为已经占据了GPU封装周围所有空间，物理位置已经没有给横向供电（LPD），因此VPD是确定性方案。无独有偶，英特尔、谷歌也都已开始尝试VPD方案。甚至，华为也在关注这项技术，华为有一项关于“芯片垂直供电系统”的发明专利申请，该专利旨在提供一种为芯片供电的电压调节模块（VRM）设计方案。LPD（横向供电）长期以来，处理器的供电任务一直由环绕在芯片封装四周的多相电压调节器承担，如右图所示，便是常见的横向供电（LPD）。其提供了两级供电系统：第一级为非稳压IBC，将48V降压至IBV；第二级由多个VR构成，为GPU不同域提供精确稳压和调频功能，同时满足瞬态要求。尽管这一方案技术成熟、久经考验，却受制于基础物理定律。随着处理器工作电流不断攀升，供电网络（PDN）内的电阻和电感效应所引发的功率损耗也随之加剧。图：英伟达的Hopper

GPU横向供电架构即便采用了先进的主板设计与电源优化技术，这种“横向供电”

模式仍会在处理器与本地电源之间形成漫长且曲折的电流路径。一方面，这些路径会产生额外的寄生参数，不仅降低了供电效率，还会劣化瞬态响应能力，而对于电流需求瞬息万变的AI工作负载而言，瞬态响应恰恰是决定性能的关键。另一方面，当前板上的空间愈发局促，把电源模块放在垂直方向上，也可以给HBM等关键部件让出空间。传统的多相稳压器的横向供电方式，在突破1000A门槛时，功率损耗问题就开始凸显。随着GPU和TPU等AI处理器尺寸不断变大，新一代AI处理器现在要求核心电压在当前2000A到5000A甚至更高的水平。根据行业预测，其但

随着芯片尺寸的不断增大、供电电压降至约0.4V，其总电流消耗预计将在十

年内攀升至10000A。图：未来电流消耗预计持续攀升垂直供电架构（VPD）很容易理解，即通过穿透PCB层垂直向上输送电力，直接给上方的处理器供电，从而有效缩短了从VRM到SoC的电力传输距离。实现这一目标的核心手段之一，是将POL直接放置在PCB背面、处理器正下方，以此缩短次级供电轨的长度。相较于传统横向供电，垂直供电（VPD）具备多重关键优势：电阻损耗更低：更短、更直接的供电路径天然降低了电阻，有效减少I²R损耗，在减少额外发热的同时，为处理器输送更多有效功率；瞬态响应更好：更少的路径断点与更短的供电回路，让VPD实现更快的瞬态响应，这对电流需求剧烈波动的现代处理器至关重要；信号完整性更好：将高频开关组件移至主板背面，并在PCB中集成屏蔽层，可隔离敏感信号层与供电噪声；同时保留顶层更多连续铜箔，提升高速信号性能与电磁兼容性（EMC），这在高密度服务器环境与共封装光互连场景中尤为关键；空间优化：释放主板正面空间，使设计人员能在处理器周边集成更多内存、光模块与系统级功能，在不增加板卡面积的前提下，实现更高内存带宽、更多处理资源与扩展系统特性；可扩展性：VPD通过减少长距离的当前路由来提升可扩展性；更好释放处理器性能：降低PDN阻抗、提升瞬态响应，可直接满足AI核心对小于1V

的严苛电压容差要求，更快的调节速度意味着更稳定的运行、更少的电压跌落与降额，从而释放处理器的全部性能。虽然VPD前景广阔，但会带来更多工程难题，整个供电模块都需要重新设计，这些问题主要包括：散热压力：高性能计算的电流密度已达3~4A/mm²，在处理器下方的狭小空间内实现这一功率水平，需要高度集成的多层模块设计，结合先进磁芯、平面电感技术与优化的开关拓扑；高度限制：VPD模块位于PCB与系统机箱之间，z轴高度通常被限制在2mm以内；热隔离问题：传统设计中，处理器与调节器共享正面散热系统，而VPD将调节器置于主板背面，与系统散热器和气流形成热隔离。要在保持高电流吞吐的同时应对这一问题，需要创新的封装设计、均热材料，甚至局部主动散热方案；热区重叠：供电模块与处理器的x-y平面footprint重叠，使两个热源集中在同一区域，加剧了散热挑战，增加了性能下降或故障风险。

行业正通过先进封装、超薄磁性材料与热界面技术创新，推动VPD规模化落地。图：LPD与VPD对比图：传统供电方案与垂直供电方案产业链相关公司538英伟达数据中心电气生态系统行业合作伙伴芯片供应商：ADI、万国半导体（AOS）、EPC、英飞凌、英诺赛科、MPS、纳微半导体（Navitas）、安森美半导体（onsemi）、Power

Integrations、瑞萨电子（Renesas）、立锜科技（Richtek）、罗姆半导体（ROHM）、意法半导体、德州仪器。电力系统组件供应商：贸联（BizLink）、台达电子、伟创力（Flex）、Lead

Wealth（领裕国际）、光宝科技、麦格米特。数据中心电力系统供应商：ABB、伊顿（Eaton）、通用电气弗诺瓦（GE

Vernova）、Heron

Power、日立能源（HitachiEnergy）、三菱电机、施耐德电气、西门子、维谛技术（Vertiv）。科华数据：科华深耕直流供电系统领域多年，随着算力中心迈入AI大模型训练新时代，其高压直流系统也推陈出新，当前公司已具备800V

HVDC、SST等产品及技术储备，并将持续深耕数据中心领域新技术新产品研发，致力于推出更加安全可靠的供电保障产品及方案，更好地满足国内外客户数据中心的高功率、高密度电力需求。中恒电气：公司面向数据中心、智算中心等应用场景提供

HVDC

电源、预制化

Panama

电力模组、精密配电等智能供电产品。经过多年的市场深耕，公司供电产品目前已广泛应用于互联网、第三方

colo

数据中心、智算中心、超算中心、通信运营商、金融政企等数据中心场景。公司作为数据中心高压直流（HVDC）绿色供电技术方案先行者，牵头制订了《信息通信用

240V/336V

直流供电系统技术要求和试验方法》国家标准。宏微科技：面向高压直流（HVDC）领域的240V/±400V/400V/800V高电压平台需求，公司拥有1700V

GWB模块产品适用在固态变压器（SST）领域中。并将推出多款应用在HVDC电源系统的SiC器件，进一步填补高压大功率场景下的高效功率器件供给。针对即将在2027年规模化部署的英伟达800V

HVDC架构，公司也将推出适配该系统的GaN器件产品。中富电路：公司在AI

数据中心一次、二次、三次电源均有布局，技术路径涵盖传