告别 54V 时代，迈向 800V，数据中心掀起电源革命

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文 | 半导体产业纵横

随着 ChatGPT、Claude 以及 DeepSeek 等人工智能应用席卷全球，全球各大超大规模 AI 数据中心的电力需求可谓愈发庞大。随着人工智能工作负载的指数级增长，正将数据中心推向电力需求的临界点。

全球 AI 数据中心的功耗正在从传统的每机架 20-30 kW 快速跳升至 500 kW 甚至 1 MW 级别。英伟达单 AI GPU 服务器功率逼近 1kW，满配 NVL AI 服务器机柜功率轻松突破 100kW，而规划中的 2027 年量产 1MW AI Factory 机架集群，更是对供电系统提出了颠覆性要求。

随着高性能计算算力密度的不断攀升，数据中心的电源架构正加速向 800V 直流（或±400V）HVDC 高压体系演进。业内普遍认为，800V 架构能够显著降低供配电网络中的能量损耗，提升整体能效，并为兆瓦级机柜的规模化部署提供技术支撑。

传统机架电源系统 VS 800V HVDC

随着 AI 工作负载呈指数级增长，数据中心的功率需求也随之激增。传统的 54V 机架内配电系统专为千瓦级机架设计，已无法满足现代 AI 工厂中兆瓦级机架的供电需求。

当前 AI 工厂的机架普遍依赖 54V 直流供电，通过厚重的铜母线将电力从机架式电源架传输至计算托盘。当机架功率超过 200 千瓦后，这种供电方式逐渐面临物理极限：

空间受限：以搭载 NVIDIA GB200 NVL72 或 GB300 NVL72 的设备为例，需配备多达 8 个电源架为 MGX 计算及交换机架供电。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，导致计算设备无安装空间。而在 2025 年 GTC 大会上，NVIDIA 展示的 800V 边车方案，可在单个 Kyber 机架内为 576 个 Rubin Ultra GPU 供电；另一种替代方案则是为每个计算机架配置专用电源架。
铜缆过载：在 1 兆瓦级单机架中采用 54V 直流供电，仅铜母线就需多达 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，显然这种配电技术在未来吉瓦级数据中心中难以持续。
转换低效：电力传输链中重复的交直流转换不仅耗能，还会增加故障隐患。

传统数据中心配电系统因涉及多次电压转换，易导致效率低下且电气系统复杂性增加。而通过采用工业级整流器，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（HVDC），可省去大部分中间转换环节。这种简化方案能最大限度减少多轮交直流与直流 - 直流转换过程中的能源损耗。

同时，该方案还能显著减少电源链中带风扇的电源单元（PSU）数量。更少的 PSU 和风扇不仅能提升系统可靠性、降低散热压力，还能提高能效，使 HVDC 配电成为现代数据中心的高效解决方案，同时大幅减少整体组件数量。

英伟达牵头组建 800V HVDC 联盟布局未来 AI 数据中心

2025 年 5 月，台北国际电脑展（COMPUTEX）上，英伟达抛出重磅举措 —— 正式宣布成立 800V 高压直流（HVDC）供电供应商联盟，其核心目标清晰明确：到 2027 年，建成能支持单机架 1 兆瓦（MW）功率的下一代 AI 数据中心。

尽管高压直流输电并非全新概念，但过去十年间，受限于变换器效率不足、保护机制不完善及标准化配套设施缺失等问题，其在数据中心领域始终未能实现规模化推广。但近年来，一方面，固态电源技术的进步与电动汽车行业的成熟发展，为 800V 系统在安全性、能效及成本控制上提供了坚实保障；另一方面，英伟达联合上下游合作伙伴构建起覆盖芯片、电源、电气工程、数据中心运营的完整协同网络，为技术落地扫清了障碍。因此，英伟达开始携手数据中心能源生态体系内的合作伙伴共同研发 800V HVDC 架构。

面对 AI 能耗的飞速增长，单纯依靠提升硬件密度已无法解决根本问题。英伟达的 800V HVDC 架构通过对配电系统的彻底重构，不仅突破了能量传输的瓶颈，更打开了高密度 AI 工厂与低总拥有成本（TCO）并存的全新可能。

官方数据显示，该架构端到端能效提升最高可达 5%，因电源单元（PSU）故障减少，组件维护的人工成本大幅降低，维护成本最多可削减 70%，且无需在 IT 机架内配置交流 / 直流（AC/DC）电源单元，由此显著降低散热相关费用。这对 AI 服务商、云计算平台乃至超大规模数据中心运营商而言，无疑是一笔兼具性价比与必要性的技术投资。

实际上除了英伟达布局外，微软在去年 10 月份也发布了 Mount DrD Low 分离式电源架构，采用 50 伏直流供电，并计划通过替换电源模块实现 400 伏 HVDC 供电。谷歌提出短期过渡方案和终极方案，其中终极方案设计数据中心直接接入电网并通过大型整流装置转换为正负 400 伏直流电进行全场供电，以实现能效最大化。Meta 发布了分三步走的高功率电源解决方案，逐步升级至兆瓦级别的 HVDC 方案。

国产开始提前布局

面对这一新的技术变革，国产厂商也在紧跟行业潮流布局相关技术。

值得关注的是，8 月 1 日英伟达（NVIDIA）官网更新的 800V 直流电源架构合作商名录中，英诺赛科作为本次唯一入选的中国芯片企业，与英伟达正式达成深度合作。双方将携手推动 800V 直流（800 VDC）电源架构在 AI 数据中心的规模化应用，这一合作预计将使单机房算力密度提升 10 倍以上，助力单机柜功率密度突破 300kW，推动全球 AI 数据中心正式迈入兆瓦级供电时代。

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（PSU）环节，长电科技展现出全面的技术覆盖能力：既提供基于 TO263-7L、TOLL、TOLT 等先进封装形式的大功率分立器件，也供应业内领先的塑封功率模块，且均兼容氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等第三代半导体材料功率器件。目前，这些分立器件与塑封模块均已实现稳定的大规模量产。针对 800V 直流架构的需求，长电科技已提前完成技术布局与量产验证，具备成熟的配套能力。

中间总线转换（IBC）作为连接 800V 高压与后段 12V/4.8V 低压输出的核心桥梁，其高功率密度与极低 PDN 损耗的性能要求，对封装技术提出了严苛挑战。在此领域，长电科技可提供具备双面散热特性的 PDFN 封装，并针对氮化镓 MOSFET 与硅基 MOSFET 均形成了成熟的封测解决方案。同时，公司已实现多层高密度系统级封装（SiP）技术突破，相关产品已在一流服务器板卡项目中批量交付。

在负载点电源（PoL）环节，长电科技同样优势显著。针对 DrMOS、多相控制器等产品，公司提供成熟的 QFN 封装及新型 LGA 高度集成封装方案；依托自主研发的多层 SiP 工艺，成功实现两相至八相多路输出的小型化电源管理模块，其中单相最高电流可达 60A 以上。目前，团队已完成新一代高集成度模块的研发，且其 SiP 互连可靠性测试结果优异。

贯穿 PSU、IBC 与 PoL 三大子系统，面对 800V 大压差的板级应用需求，长电科技在封装工艺上构建了「分立与集成并重、单片与模块并行」的技术格局，量产节奏与市场需求实现同步匹配。同时，通过与多家材料、设备及系统集成商的深度协作，公司在产业链上下游建立起稳固的协同网络，能为客户提供从热仿真、可靠性测试到性能优化的全流程增值服务。

为什么选择 GaN？

英诺赛科能够跻身英伟达供应链，核心背景在于全球氮化镓（GaN）供应的紧张格局。上个月台积电宣布关闭 GaN 产线，其背后深层原因正是 GaN 材料供应的稀缺性 —— 连台积电这样的行业巨头都面临获取难题，其他厂商的供应能力自然更受限制。在这一背景下，英诺赛科的入选，某种程度上也是市场供应格局下的必然选择。

更深层来看，作为第三代半导体的重要成员，GaN 相比碳化硅（SiC）具有独特优势。在高压场景中，虽有 SiC 和 GaN 两种技术路径可选，但 GaN 的性能表现更为突出：传统电源设备普遍存在体积大、能耗高的问题，而 GaN 器件能有效破解这一痛点。

从技术特性来看，氮化镓器件（即 HEMT）的核心优势源于其特殊结构。GaN HEMT 的基本结构由 GaN/AlGaN 异质结构成 —— 这种由两种不同带隙半导体形成的特殊结，会在界面处形成二维电子气（2DEG）。正是这一特性，使得 GaN 器件具备高电子迁移率，进而实现低导通电阻；但也正因如此，P-GaN HEMT 采用横向结构，对外延生长和制造工艺的精度要求极高。因此，IDM（垂直整合制造）模式成为最优解 —— 从外延生长到封装测试的全流程自主把控，能更好保障产品性能稳定性。

与硅基功率半导体不同，GaN 晶体管通过 AlGaN 和 GaN 两种材料交界面的压电效应形成二维电子气导电。由于二维电子气仅依靠高浓度电子导电，不存在硅 MOSFET 中少数载流子复合（即体二极管反向恢复）的问题，这使得 GaN 器件的高频特性尤为优异。

材料特性带来的优势直接体现在性能上：GaN HEMT 功率器件拥有更小的导通电阻和栅极电荷，传导与开关性能更优，因此特别适合高频应用场景，能显著提升变换器的效率和功率密度。

高频特性带来三大显著优势：