半导体行业深度报告：功率密度跃升驱动800VDC架构升级宽禁带功率器件打开成长空间

图表目录图1：英伟达AI计算平台向数百千瓦级机柜演进 4图2：提高输电电压能减少线缆需求和传输损耗 5图3：高压供电提升机柜计算空间占比 5图4：从近期侧边柜到远期SST方案，800VDC架构均延续AC/DC与DC/DC物理解耦 6图5：SiC与GaN功率器件的典型功率—频率应用范围 7图6：Navitas对800VDC供电架构中SiC与GaN器件分工的构想 7图7：AI数据中心供电架构演进及功率半导体主要应用环节 8图8：第一阶段白区改造方案，保留既有交流基础设施并新增800VDC侧边电源柜 9图9：PFC工作原图 10图10：英飞凌30kW交错式PFC方案 10图ROHM的PFC＋三相隔离LLC方案 10图12：PFC功率方梳理 图13：LLC工作原理和涉及功率器件的示意图 图14：800V转50VLLC功率方案梳理 12图15：Navitas方案原边采用三电平半桥，副边采用四路全桥同步的全GaN方案 12图16：数据中心备电架构由48V低压BBU向±400V/800V高压BBU演进 13图17：Renesas800VBBU产品结构图 14图18：第二阶段PowerShelf下沉至计算节点内部 15图19：EPC800-12DC-DC方案 16图20：第三阶段集中整流与直流配电架构，AC/DC转换上移至灰区 17图21：Phase3数据中心供电结构图 18图22：每个负载支路入口需要配备断路器 19图23：第四阶段SST为核心增量 19图24：SST拓扑结构 21图25：Enphase采用342个低压GaN功率单元构成1.25MWIQSST 22功率密度升级倒逼供电架构重构为什么下一代AI数据中心要升级到800VDC的架构AIGPU增加、单芯片功耗提升以及高速互联系统由服务器级向机柜级扩展。以英伟达为例，2023—2024年的Hopper平台仍以8卡DGXH100/H20010kW；2025—2026年进入Blackwell8DGXB200/B30014—15kW，同时GB200/GB300NVL7272颗GPU120—140kW；2026RubinNVL72200kW2027—2028RubinUltra则通过多柜互联向数百KWMW图1：英伟达AI计算平台向数百千瓦级机柜演进架构代际机架型号GPU型号单机架GPU总数训练时性能整机架功耗VoltaDGX-2V100162PFLOPSFP1610kWAmpereDGXA100A10085PFLOPSFP166.5kWHopperDGXH100H100832PFLOPSFP810.2kWBlackwellDGXB200B200872PFLOPSFP814.3kWBlackwellDGXB300B300872PFLOPSFP814.5kWBlackwellGB200NVL72GB200721,440PFLOPSFP4125–135kWBlackwellGB300NVL72GB300721,440PFLOPSFP4132–140kWRubinVR200NVL72VR200722,520超过200kW（SemiVision预计）RubinUltraNVL576KyberR300Ultra57615EFLOPS600kW（SemiVision预计）SEMIVISION2026年最新官方方案，NVL576872RubinUltraGPUMGXNVL液冷机架组成，并通576-GPUNVLink域；KyberNVL1448NVL1152。随着AI𝑃=𝑈𝐼200kW54V3,700A800V250A根据=𝐼2𝑅200kW54V64UGPUAIGPUAC/DC加一级转换，都会引入额外的功率损耗和潜在故障点。800VDCACDC图2：提高输电电压能减少线缆需求和传输损耗 图3：高压供电提升机柜计算空间占比Navitas Navitas从功率半导体角度看，AC/DC与DC/DC分离推动SiC、GaN分工我们认为800VDCPSU承担的AC/DC与DC/DCCCCDC降压环节。PowerRackGPUKPI性；ITRack受主板面积和机柜空间严格约束，首要KPI是算力密度。图4：从近期侧边柜到远期SST方案，800VDC架构均延续AC/DC与DC/DC物理解耦ROHMROHMRack采用SiCITRack采用GaNPowerGPU芯片：SiC更适合PowerRack侧的大功率AC/DC：SiCaN更适合TRack侧CGNDC/DC图5：SiC与GaN功率器件的典型功率—频率应用范围Wolfspeed这一功率器件分工已获得部分产业链厂商背书，但也并非绝对。Navitas在800VDCSiC800VDC的AC/DC650V100VGaN800VDC降压，整体思路与ROHMAIPowerSiCGaNIT侧MOSFETRenesasOCPGaNPower侧图6：Navitas对800VDC供电架构中SiC与GaN器件分工的构想Navitas800VDC架构的四阶段演进：部署路径、落地节奏与功率半导体需求数据中心功率半导体主要分布于多级电能转换环节AC/DC、DC/ACDC/DCUPSAC/DC整流和DC/AC交流电转换为48/50/54V等机架直流母线电压，其内部通常包含功率因数校正和隔离DC/DCBBUDC/DCIBCDC/DC将机12V6V等中间电压，最终由多相VRMPoL转换器生成GPUCPU所1VUPSPSU、、BBU及VRM图7：AI数据中心供电架构演进及功率半导体主要应用环节Infineon第一阶段：Sidecar推动AC/DC外移，ViennaPFC与高频LLC重塑功率半导体方案AC/DCsidecar预计第一阶段于2026-202740VC或800VCDC/DCPowerShelf800V48/50/54V12VPoLPowerRackPowerRack50/54V机图8：第一阶段白区改造方案，保留既有交流基础设施并新增800VDC侧边电源柜Semianalysis从功率半导体角度看，本阶段核心增量主要集中在三类模块：一是Sidecar内将415/480V±400V800VAC/DCPFCDC/DCITRack48/50/54V的高压DC/DCBBUPFC集中至Sidecar，SiC方案成为主流PFC模块负责将三相400V交流电转换为约800V直流电，其主要功率半导体位于高压整流支路和主动开关支路。其中高压整流支路负责输送电能，对耐高压要求较高；主动开关支路通过快速开关调节电流节奏，使输出电压更平稳。图9：PFC工作原理图TexasInstruments目前厂商主要形成“SiC+GaN混合”与“全SiC”两类方案。英飞凌30kW三相PFC360—528V890V121200VSiCMOSFET6650VGaN18SiCGaN1MWSidecar3430kW408颗1200VSiCMOSFET204650VGaN612ROHMSiC20—33kWPFC电61200VSiC6750VSiCMOSFET12SiC1MW31—50PFC372—600SiC图10：英飞凌30kW交错式ViennaPFC方案 图11：ROHM的ViennaPFC＋三相隔离LLC方案Infineon ROHM30kWPFCSiC400VAC800VDCGaN图12：PFC功率方案梳理厂商输出高压整流支路主动开关支路宽禁带材料ROHM800V、33kW仿真1200VSiCSBD750VSiCMOSFET全SiCMicrochip700V、30kW1200VSiCSBD700VSiCMOSFET全SiCST800V、30kW1200VSiCSBD650VSiCMOSFET全SiCInfineon890V、30kW1200VSiCMOSFET650VGaN双向开关SiC＋GaN各公司官网800V转50VLLC：原边SiC与GaNMOSFET或GaN为主LLC模块负责将800V直流电降至约50V800V50V图13：LLC工作原理和涉及功率器件的示意图MPS800V50VLLC1200VSiCMOSFET直接承800V650—700VGaNSiMOSFET或GaNSiC图14：800V转50VLLC功率方案梳理厂商功率及输出原边功率器件副边功率器件 功率器件用量ROHMNavitasST15kW，800V→50V10kW，800V→50V6kW，800V/±400V→50V1200VSiCMOSFET650VGaN低压SiMOSFET＋SBD4颗SiC各公司官网以Navitas的10kW、800V转50V全方案为例，800V400V24650VGaN（248∶150V4416100VGaN（2路42图15：Navitas方案原边采用三电平半桥，副边采用四路全桥同步的全GaN方案Navitas高压BBU带动、SiC器件应用UPS向分布式BBU由机房级UPS48V机架架构中部署低压48VIT负AIDCBBU48VDC/DC800V母800VDC/DC图16：数据中心备电架构由48V低压BBU向±400V/800V高压BBU演进InfinitePowerBBU800V母线之间的双向DC/DC800V、热插拔及故800VBBU300—400V800V6—12kWDC/DC800V母线48650V150VMOSFET图17：Renesas800VBBU产品结构图Renesas第二阶段：800VDC下沉至计算节点，板载高频DC/DC加速GaN透第二阶段对应800VDC原生计算平台，SemiAnalysis预计于2027—2028年前后逐步导入。SidecarPhase1核心变化是将800VDC的降压（PowerShelf）：800V直Compute，由板载隔离DC/DC48/50VIBCVRM/PoLGPU800V→50V48/50V图18：第二阶段PowerShelf下沉至计算节点内部Semianalysis从功率半导体角度看，高压DC/DC下沉至计算刀片，推动高频器件的渗透800V直接降至12V或6VGPU、CPUGaN器件；另一方面探索将传统的“800V→48/50V→12V或6V→芯片核心电压”缩短为“800V→12V6V→”EPC方案：低压GaN48颗。EPC6kW、800VDC-12.5VDCISOPLLC8750WLLC800V12.5V480A8LLC2150VEPC2305GaNPCB240VEPC2366GaN整套主功率级对应16颗150VGaN和32颗40VGaN，合计约48颗GaN功率器件。图19：EPC800-12DC-DC方案EPCISOPLLC英飞凌6kW800V—12VHVIBC650VGaN2800V40VMOSFET500A瑞萨3kW2650VGaN8降低每一路的电流和导通损耗。第三阶段：整流环节集中上移灰区，MW核心增量SemiAnalysis（Phase于2028年末至2029PowerRack或Sidecar，上移至灰区415/480VAC流设备统一转换为800VDCPowerRackAC/DC800V及可选超级电容为主要功能的BatteryRack。图20：第三阶段集中整流与直流配电架构，AC/DC转换上移至灰区Semianalysis对功率半导体而言，我们认为Phase3的增量主要在MW级中央整流系统、直流配电催生的断路保护系统，和板级DC/DC降压系统继续渗透。MW据kWkW级PowerShelf并联组成数百kW至MWPowerN+1拔、多个800VSemiAnalysis已将集中式整流器列入其800VDC产品路线，但目前仍处于规格完善和工程验证阶段。MWSemiAnalysis1200—1700VIGBT1700VIGBT50—3600AMWSiCIGBT。图21：Phase3数据中心供电结构图Semianalysis800VBBUSSCBeFuseSiCeFuseSiemens第四阶段：SST直连中压电网，SiC与GaN级联路线并行演进本阶段可视为800V直流供电架构的远期目标形态，其核心由固态变压器（SST）直接将13.8—34.5kV中压交流转换为800V或更高电压的直流母线，从而使800VDC进一步升级为设施级配电电压。图23：第四阶段SST为核心增量Semianalysis该阶段的功率半导体增量需求主要集中在SST电网中压交流电进入SST后，SiCMOSFET800VAC/DCDC/DC800V输出调节，以及单元旁路和系统保护等位置。由于单颗器件通常无法直接承受13.8—拓扑结构尚未完全定型，从现有资料看，数据中心SST正在形成“SiC级联”和“低压GaN级联”两条路线。SiC级联功率单元路线3.3kVSiCSSTAC/DCDC/DC800V功率半导体相应分布在前端AC/DC桥、高频变压器原边DC/AC桥及副边有源整流桥三个位置Microchip13.8kVN+21442401.4120VCE；1,700V10Microchip13.8kVSST2—2.5MWSiC3.3kVAmperesand800VDCAISST3.3kVSiC模IBB020A33GM43,300V100A20mΩSiCMOSFETAmperesandDC/DC10kV