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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
东吴证券· 2026-07-22 19:59
行业投资评级 - 增持(维持)[1] 核心观点 - AI算力系统的基本部署单元正从低功率服务器转向高密度计算机柜,机柜功率与单位空间功率密度持续提升,驱动数据中心供电架构向800V DC升级[10] - 800V DC架构的本质变化是将传统机柜内PSU承担的AC/DC与DC/DC功能解耦,推动宽禁带功率器件(SiC和GaN)打开成长空间[1][5] - 从功率半导体角度看,SiC更适合Power Rack侧的大功率AC/DC,而GaN更适合IT Rack侧的高频DC/DC,两者分工有望实现系统综合性能最优[5][21][23] - 800V DC架构将分四个阶段演进,每个阶段将带来不同的功率半导体增量需求[5] 功率密度升级驱动架构重构 - AI服务器供电正向单柜百千瓦级、未来数百千瓦级演进:英伟达Blackwell时代的GB200/GB300 NVL72机柜功耗跃升至约120–140kW,预计Vera Rubin NVL72将进入200kW级,Rubin Ultra则通过多柜互联向数百KW至MW级扩展[10] - 传统低压、大电流供电方式面临瓶颈:以200kW机柜为例,采用54V供电时电流约为3,700A,而采用800V供电时仅约250A,提高电压可降低导体电阻损耗、节省机柜内空间占用、减少能量转换环节并便于储能及直流能源接入[5][12][13][19] - 机柜超过200kW后,54V机柜内供电开始触及物理极限;若兆瓦级机柜继续沿用54V架构,所需电源搁架可能合计占用高达64U的机柜空间[14] 800V DC架构的四阶段演进与功率半导体需求 第一阶段:Sidecar推动AC/DC外移 - 核心是在保留既有基建的前提下,将AC/DC转换环节从计算机柜剥离至侧边柜(Sidecar),预计于2026-2027年逐步落地[31] - 功率半导体增量主要集中在Sidecar内的高功率AC/DC前端、IT Rack内的高压DC/DC降压模块以及高压BBU[32] - **PFC环节**:英飞凌30kW三相PFC模块使用12颗1200V SiC MOSFET和6颗650V GaN,折算1MW约需612颗主功率器件;ROHM全SiC方案约需372–600颗SiC功率器件/MW[5][36] - **LLC环节**:Navitas 10kW LLC单模块采用4颗650V GaN与16颗100V GaN[5] - **高压BBU**:瑞萨800V BBU双向DC/DC包含8个650V GaN基础开关位[5] 第二阶段:800V DC下沉至计算节点 - 核心变化是将800V DC的降压位置由机柜内的Power Shelf下沉至计算刀片内部,预计于2027–2028年前后逐步导入,推动高频GaN器件渗透率和单机柜用量提升[52][56] - **EPC方案**:6kW、800V-12V方案采用8个750W LLC子模块,主功率级对应16颗150V GaN和32颗40V GaN,合计约48颗GaN功率器件[5][57] - 英飞凌与瑞萨方案延续ISOP LLC思路,原边使用650V GaN,副边使用多路硅基MOSFET或GaN同步整流[61] 第三阶段:整流环节集中上移灰区 - 核心变化是将整流环节上移至灰区,由集中式整流设备统一转换为800V DC,预计于2028年末至2029年前后进入导入期[62] - 功率半导体增量主要在MW级中央整流系统、直流配电催生的断路保护系统[64] - 早期MW级中央整流器可能沿用成熟的1200–1700V硅基IGBT或晶闸管,现有1700V模块已覆盖50–3600A电流等级;中长期1200/1700V SiC模块有望逐步替代[5][66] - 800V直流配电催生对固态断路器(SSCB)、eFuse及热插拔开关的需求,主要采用IGBT、IGCT与SiC器件[5][68] 第四阶段:SST直连中压电网 - 核心由固态变压器(SST)直接将13.8–34.5kV中压交流转换为800V直流,功率半导体增量需求主要集中在SST本体[72] - **SiC级联路线**:Microchip 1.4MW方案采用42个1200V级联功率单元;3.3kV SiC已用于5–10MW商业化SST;10kV样机使用6个10kV SiC模块和12颗1.2kV SiC MOSFET[5][76] - **GaN级联路线**:Enphase IQ SST额定功率1.25MW,由342个约4kVA低压GaN功率单元级联构成[5][78] 相关标的 - 上游材料及外延:天岳先进、天科合达(未上市)[2] - 代工:芯联集成[2] - 功率器件与模块:斯达半导、士兰微、华润微、扬杰科技、东微半导、英诺赛科、时代电气、新洁能、宏微科技、捷捷微电等[2]