野村-AI电源专题研究-20261012

AI电源专题研究SeeAppendixA-1foranalystcertification,importantdisclosuresandthestatusofnon-USanalysts.Anyauthorsnamedonthisreportareresearchanalystsunlessotherwiseindicated.【价值目录】网整理：·二次电源(机架侧):完成服务器机架DC/DC降压，主要产品服务器主板供电的母线变换器、用于GPU板卡供电的比例变换器、用于800V供电架构的高压模块和热插拔模·三次电源(芯片侧):主要产品水平供电的PowerBlock及用于垂直供电架构的VPD产品。电网→48V/12V直流母线48V/12V母线→中12V/48V→芯片核的中间电压(如负载点电源(电压调12V/48V转换为芯片正从12V向48V输入2AI三次电源有望率先兑现业绩英伟达芯片出货英伟达芯片出货-千颗CY22CY23CY24CY25CY26CY27CY28CY29CY3050216464023446162096880708580598351RosaFeynman0000002552505Feynman0000002552505RubinUltra0000445213540293341VeraRubin/Ultra0000350243840008060Rubin0000450323244000GB200/GB300(perGPUpackage)0025653801630000B100/B200/B300(HGX)00000H100/H200349565500000A1004905362000003AI三次电源有望率先兑现业绩非英伟达芯片出货非英伟达芯片出货-千颗CY22CY23CY24CY25CY26CY27CY28CY29CY302,3313,6555,94411,40416,30119,68620,06622,99825,723AMD55934333745758199221,367Intel59201392129GoogleTPU1,4691,7672,0601,8796,3758,0189,965Broadcom11,4691,7672,0601,8792,7634,2405,4435,492MediaTek00003652,8933,6954,473AWSTrainium5669201,3982,9613,8456,415Marvell1(Tm)020307440429427444606771Alchip(Tm)5466139581,6782,5343,4014,5255,644Microsoft(Maia)0000098237Marvell20000098237Meta(MTIA)412342333309021,335Broadcom2412342333309021,335OpenAI00002007461,2161,4801,699Broadcom300002007461,2161,4801,699Others5641,0612,2957,5208,3545,0014,7074,6764AI三次电源TAM测算•价值量假设：VPD平均价格$200-$AI三次电源TAM测算00三次电源TAM对AIDC电源贡献有望在2026年达到峰值【价值目录】网整理：Al芯片电流进入数千安培后，横向供电的PCB走线与封装互连成为IRdrop与瞬态响应瓶颈；VPD把VRM移到芯片背面Google给出的VPM路线图指向更高电流密度、TLVR集成与裸片设计；目标从当前约1.5-1.7A/mm²进一步提升至>2Al芯片热设计功耗将持续提升LPDvs.VPD:供电路径从板级横向转为芯片下方垂直TDPTrendsofTPU/GPUAc20262028【价值目录】网整理：TSMC/Princeton认为未来Al供电需要IVR通过约85%,4:1约80%、8:1约70%(s7三次三次电源BOM测算 构成部件三次电源：以更低等效电感换取更快瞬态响应传统多相Buck电感(DrMoS)面临瓶颈：单位输出电感(70nH)影响响应速度：di/dt=(Vinpur-Voutput)/L。电感越大，Al芯片供电问题：工况突变导致瞬态电压drop,可能跌破Vmin.传统解法是MLCC/钽电容，但元件多1空间紧张/发热大核心难题：瞬态快速响应→减小电感→稳波电流剧增→MOS开关热损耗上升→瞬态响应下降TLVR价值：用“磁耦合”联动每相电感，将“稳态电感”和“瞬态电感”独立等效，解耦响应效率每相电感原/副双绕组(1:1),所有次级绕组串联成为公共回路，再串联补偿电感Lc【价值目录】网整理：三次电源：TLVR三次电源：TLVR以更低等效电感换取更快瞬态响应【价值目录】网整理：三次电源：磁性元件成为VPD三次电源：磁性元件成为VPD继续增密的核心瓶颈A/mm²的面积电流密度。磁性元件缩小：提高频率与新型耦合结构并行120nHTLVR案例：纳米晶磁芯面向高密度大电流-Capacitors:highenergydens-Semiconductors:scalewith-Magnetics:largermLineardimensione[C.R.Sullivanetal.,"[N.C.Brooksetal.,"OntheSizeanComponents:ScalingTAPEC2026APEC2026wHCoolingconcept(bCoolingconcept(b【价值目录】网整理：392100%采用TLVR;2026E按50%过渡渗透测算。6.38百万颗，2030E达9.97百万颗。+公共补偿电感Lc$1.5传统方案：24相×$1.0=$24/xPUTLVR:增量价值主要来自耦合电感升级与新增补偿电感【价值目录】网整理：核心增量1每相普通单绕组PowerInductor升级为Primary/Secondary双绕组TLVR耦合电感，价值量来自更复杂绕组、磁芯性能价值：MPS理论案例显示TLVR瞬态等效电感降低约3×,对应理论瞬态改善约67%;实际系统收益仍受控制环路限制。新增Lc24相×$1.02027E情景相数$0.8【价值目录】网整理：·PSU电源供应单元/PowerShelf电源架，主要功能是负责将外部输入的交流电AC转换为服务器/IT设备可用的直流电DC,是Al服务器的主供电来源；中断时(市电故障),临时为IT设备供电，避免数据丢失或算力中断；·CBU超级电容备用单元，主要功能是作为瞬时功率缓冲单元，专门应对A服务器尤其是GPU)的短时功率突变如GPU算核心部件简介在现有IT架构下的电源产品电源架/电源供应单元·功率密度>100WI立方英寸·转换效率>98%·智能特性：安全设计与故障预测·20U规格的备份架总功率100kW,交流断电时可提供全功率备份(持续45秒)·支持削峰填谷功能·供电机架内的电力分配单元，保障供电可靠性，·-直流输出含保护与遥测功能-组件支持热插拔·20U规格的SCU架总功率72KW,可降低功率升降速率，缓解GPU功率波动·可与BBU备份架兼容安装(BBU或SCU为可选配置)·支持削峰填谷功能·制造公差控制精度<2mm·机架级组装集成度达Level9(行业高等级)【价值目录】网整理：产品迭代路线图峰值功率平均功率平均功率RubinUltra~900-1000+kW~350-500+kW4-8个~2-4个~250-900kW~130-250kW~40-100kW2024-2031年全球Al服务器电源市场规模年复50·40-28.941.92025-2030年Al服务器电源将成为行业主要成长驱动力【价值目录】网整理：计算托盘服务器服务器x2x2交换托盘智能网络接口电源电源PCS超级电容系统PCS超级电容系统【价值目录】网整理：·同时目前AI数据中心正在推动Sidecar边柜架构，边柜架构是指在服务器机柜旁边布置站点电源架(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。2022-20232022-20232024电源从IT机架分离机架内供电嵌入式供电Hopper嵌入式电源核心驱动因素英伟达对于更高GPU服务器功率需求核心驱动因素服务器功率消耗增长架构变化电源移出IT机柜【价值目录】网整理：【价值目录】网整理：·PowerRack产品主要包括1)PowerShelf电源架，单个电源架25KW功率，20U尺寸的电源架总功率达200kW,功率密度100W/inch³,转换效率≥98%,BBU备用电池，单个BBU对应25KW功率模块，20U尺寸备用电池总功率100kW,断电时可提供全功率备份，3)SCU电容补偿系统，单个电容架18kW功率，20U寸的电容架总功率72KW,能够降低功率的升降速率，适配GPU的功率波动。交直流配电单元集成交流PDU与直流PDU,尺寸为12U输入电压范围380Vac~480Vac,支持10路200A输入支持20路80A交流母线，用于连接供电架支持20路60A直流母线，自带直流PDU保护功能输入电压范围480Vac~600Vac5个200kW电源架，最大支持1MW功率备用电池补偿在72kW负载下，备份时长可达1秒10个72kW的的SCU,最大支持720kW功率可应对>60%的负载阶跃变化设施交流供电交流配交流配电单元IT负载高压直流电源架可为IT机架提供最大1MW的功率支持高压直流模块1/4实现400VHVDC到50V的电压转换功率2kW,安装在配电盒(PDB)系统中【价值目录】网整理：·台达电正在推动适配于±400V供电架构的独立电源PowerRack产品落地。针对未来高压直流HVDC供电模块，台达电PowerRack产品核心包括(1)PSU电源供应单元，单机柜用量30KW*30台，最大支持900KW功率，2)BBU备用电池单元，单机柜用量25KW*18台，最大支持450kW功率；3)CBU超级电容备用单元，单机柜用量16kW*18台，最大支持每个输出模块配备4组采用N+1冗余设计28台用于提供840kW功率CBU超级电容后侧视图前侧视图数据中心推动美国电力消费反弹望持续受益，但电网瓶颈可能制约转化率。”02025-012025-112026-0102025-012025-112026-01【价值目录】网整理：混合供电已成为主流模式the-meterpower【价值目录】网整理：电网容量短缺可能持续存在·尽管计划投资将使电网扩容60%,但容量裕度预计将从2021年过剩70GW转为2027E短缺13GW.AEP中30%规划替换/升级的输电线路英里数及总投资(百万美元202220226E2028E2030E%ofAEP's现场发电渗透率有望显著提升2026-2028年美国AI数据中心现场发电渗透率将快速提升0 2025/26年起美国PJM容量电价拍卖明显上行yy2017/182018/192019/202020/212021/222022/232023/242024/252025/262026/272027/282028/2902017/182018/192019/202020/212021/222022/232023/242024/252025/262026/272027/282028/29【价值目录】网整理：对GT-Radar的意义原材料及在制品库存与现金占用岗位、机器安装和投运节点验证名义产能能否形成合格产出三家全球燃机OEM名义产能公司公司最新承诺/积压AIDC相关口径35GW大型框架机积压至FY30可/供应体系未披露比例；北美合FY2026末约+3高砂全流程、JA管理层口径约PCC体积复杂度、化27生效；扩产延续心部件、Aero许202620272028燃机第二梯队：难以解决AIDC首电窗口2026E2028E2029E9AIDC617GenerationTransformerPowerTransformerWire&CableHVSwitchgearSubstationMVCircuitBreaker3PhsTransformerHVCircuitBreakerMVSwitchgear1GenerationTransformerPowerTransformerWire&CableHVSwitchgearSubstationMVCircuitBreaker3PhsTransformerHVCircuitBreakerMVSwitchgear1PhsTransformerPoleTop3210GenerationTransformerPowerTransformerWire&CableHVSwitchgearSubstationMVCircuitBreakerGenerationTransformerPowerTransformerWire&CableHVSwitchgearSubstationMVCircuitBreaker3PhsTransformerHVCircuitBreakerMVSwitchgear1PhsTransformerPoleTop1002023Q12023Q22023Q32023Q42024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q22023Q12023Q22023Q32023Q42024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q2海外龙头公司订单出货比有所回落2024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q22024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q2Source:Eaton2023Q1–20 2024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q22024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q2Source:GEVernova2024Q1–22024Q1–2026Q1earningsconferencec2024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q22024Q12024Q22024Q32024Q42025Q12025Q22025Q32025Q42026Q12026Q2Source:HyundaiElectr【价值目录】网整理：【价值目录】网整理：燃气轮机交付周期持续拉长·燃气轮机当前交付周期已达36个月。尽管数据中心与电网建设带来需求激增，但2025-2028年预期全球制造产能仅有望提升约35%。由此产生的供给短缺赋予原厂设备厂商较强定价权；在出货量同步上行的同时，产品平均售价预计将从2019年约200美元1千瓦，大幅上涨至2027年预期的约600美元1千瓦，涨幅接近两倍。2025年约72吉瓦提升至2028年预期的97吉瓦。美国将贡献最大增量，产能将从约23吉瓦增长至35吉瓦，增幅超50%,其次为欧洲与中东地区。Fig.14:各类型燃气轮机交付周期(月)Fig.15:全球燃气轮机制造产能(MW)Fig.16:燃气轮机销量与均价预测【价值目录】网整理：燃气轮机订单出货比持续上升现场发电带来燃料电池新机遇•现场自备电源的重要性日益凸显，目前73%的项目开发商正在积极评估相关解决方案。燃料电池是首选方案（占比47%领先于往复式发动机与移动燃气轮机；仅18个月时间，市场对现场自备电源的预期需求就从近乎零飙升至%ActiActi…2024-042024-112025-04采购SOFC即是争取时间•固体氧化物燃料电池（SOFC）可实现近乎快速落地部署，交付周期仅为数个月，而H级联合循环燃气轮机（H-Class%FuelCellsIndustrialGTMedium-FuelCellsIndustrialGTMedium-Speed…High-Speed…Aeroderivative…SmallCCGTH-ClassCCGTParameterUnitCCGTSOFC(benchmaSOFC(Short- term)SOFC(Medium-term)SOFC(Long-term)UnitcapexUSD/kW2,0003,5003,0002,0001,000Subsidy%ofCAPEX0%30%30%30%30%LifespanYears302121Thermalefficiency%64%53%53%55%57%SOFCstackreplacementcycleYears-5777LCOE/kWh0.0420.0710.0640.0470.033FuelCellsIndustrialGTMedium-SpeedFuelCellsIndustrialGTMedium-SpeedRICEHigh-SpeedRICEAeroderivativeGTSmallCCGTH-ClassCCGT31【价值目录】网整理：BloomEnergy营收规模快速起量12345Deployment2008-112011-13X【价值目录】网整理：33【价值目录】网整理：HVDC供电架构的4个阶段415-480VacW