垂直供电技术
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七大预测揭开AI供电革命拐点!英飞凌白皮书前瞻下一代技术
华尔街见闻· 2025-12-24 13:55
文章核心观点 - 人工智能技术的指数级增长正驱动前所未有的电力需求,迫使供电体系从芯片到电网进行全方位变革,垂直供电、高压直流架构、兆瓦级机架、吉瓦级数据中心、直流微电网及可再生能源整合将成为关键发展趋势 [1] 预测一:垂直供电将主导未来处理器架构 - 垂直供电将成为现代处理器的关键技术,以应对GPU/TPU采用先进制程(如台积电N4P)及芯片尺寸增大带来的挑战 [2] - 随着供电电压降至约0.4V,处理器总电流消耗预计在十年内攀升至10,000安培,是当前水平的10倍 [1][2] - 传统横向供电在高电流下空间占用大且损耗显著,未来电能将通过主板垂直传递至处理器背面 [2] - 公司提供完整垂直供电产品组合,其第三代产品电流密度已达2A/mm²,并通过结合OptiMOS™ 7系列低压硅基MOSFET、芯片嵌入封装及专利3D集成工艺实现前所未有的功率密度 [5] 预测二:高压直流供电架构将取代48V生态 - 当单机架功率突破1兆瓦时,系统架构必须从48V转向800V或±400V高压直流供电,这一转变预计在单机架功率达到200-250千瓦时出现 [7] - 在200-250千瓦功率下,48V总线母排需承载4100-5200A电流,未来服务器主板将直接运行于800V或±400V电压下 [7] - 新架构需要引入电子保险丝、热插拔功能等新模块,公司基于XDP™ XDP70x热插拔控制器与CoolSiC™ JFET技术的解决方案可实现受控预充电与快速断开连接 [7] - 公司开发的6千瓦800V→12V演示板功率密度超过2300W/in³,峰值效率达97.4%,满载效率为96.6% [9] 预测三:AI机架功耗步入兆瓦时代 - 训练万亿级参数AI模型需要数千颗GPU集成在同一机器中同步运行,行业趋势是在单个IT机架内集成更多GPU以提升内部数据传输速率 [10] - 当单个机架集成多达72台刀片服务器时,IT机架总功率将在十年内突破1兆瓦 [10] - 在高功率水平下,机架内部空间成为主要物理限制,电源模块、电池备用储能单元等附加功能将迁移至侧柜或辅助机架,使AI机架更专注于IT负载与高速通信功能 [10] 预测四:电源架功率等级将突破100千瓦 - 当IT机架功率接近100千瓦时,基于单相交流输入的12千瓦PSU可升级并保持1U紧凑尺寸,每个电源架可容纳6个电源模块(72千瓦) [12] - 每个机架最多可配置8个电源架,为迈向1兆瓦IT机架奠定基础 [12] - 公司在12千瓦PSU演示板中采用多电平架构,高压部分使用400V CoolSiC™ MOSFET,次级侧采用80V CoolGaN™ HEMT [12] - 当单个IT机架功率提升至1兆瓦时,数据中心将从单相PSU转向三相PSU,直接接入400V AC或480V AC三相交流电网 [12] 预测五:新一代数据中心功率需求迈向吉瓦级 - 现代GPU功耗攀升和AI计算节点密集部署,使新建数据中心用电需求已达数百兆瓦级别 [14] - 未来几年将出现专门的“AI工厂”,在同一数据中心园区内用电量将达到吉瓦级,甚至超过数吉瓦,多家超大规模数据中心运营商已发布相关建设计划 [14] - 公司提供覆盖400V至3.3kV各类封装的CoolSiC™ MOSFET、CoolSiC™ JFET保护电路,以及80V至650V超高速开关GaN HEMT,以支持吉瓦级数据中心稳定运行 [15] 预测六:配电系统将转向直流微电网 - 当功率需求逼近吉瓦级时,必须建立全新配电基础设施,直流微电网被认为是最有潜力塑造未来AI数据中心的架构方案 [16] - 该方案下,电能由中压交流电网(10-35kV)直接集中生成,以高压直流形式分配,可消除传统AC-DC电源模块 [16] - 固态变压器(SST)技术将发挥关键作用,能够直接从10kV-35kV中压交流电网接收电能,提供稳定可调的高压直流配电,每台固态变压器输出功率预计可达2-10兆瓦 [16] - 公司为此类应用提供广博的CoolSiC™ MOSFET和IGBT产品组合,电压范围覆盖750V-3300V [16] 预测七:可再生能源成为AI发展关键约束 - 根据国际能源署预测,AI是未来十年全球电力需求增长的三大驱动因素之一 [18] - 全球数据中心所使用电力中,来自可再生能源的比例正逼近50%,要支撑下一轮AI爆发式增长,电力必须以可持续方式获取 [18] - AI数据中心必须采用可再生能源摆脱对化石燃料的依赖,支持1吉瓦级数据中心运行约需8平方公里太阳能电场 [19] - 核电和小型核反应堆未来将稳定供应零碳能源,尽管非可再生能源仍将发挥作用,但全球趋势聚焦于推动数据中心低碳化 [19]
龙磁科技20250825
2025-08-25 22:36
纪要涉及的行业或公司 * 龙磁科技[1] 以及AI芯片电感与电容行业[3] 核心观点和论据 行业需求与趋势 * AI服务器对电子元器件的需求呈指数级增长 电感 电容等需求量远超传统服务器 且对小型化 高容量 高频率等性能要求极高[2] * 智驾汽车所需电子元器件数量是非智驾汽车的10倍以上 AI服务器所需电感 电容数量比非AI服务器高出12倍以上[3] * 高端AI电感市场规模预计2026年将达40-50亿美元[3] * 全球AI用电脱量将在三年内从当前占全球总用电脱量1.5%增长至4.5%[10] * 垂直供电技术是未来发展趋势 谷歌已应用该技术并进入第二代产品 英飞凌测试数据显示其供电效率提高了5%[42] 技术发展与创新 * 服务器供电经历AC-DC DC-DC多次转换 其中12V降至1V的芯片供电环节对稳定性和性能要求最为严苛[5] * 英飞凌垂直供电方案效率提升5% 显著影响数据中心运营成本[2] * GPU供电方式分为横向和垂直供电 垂直供电通过MRC电容连接 显著减少距离 提高效率 预计未来两年内将逐步普及[2][6][8] * TRVR(TLVR)新型芯片电感稳压能力更强 体积更小 价值量是上一代的2-3倍 可替代部分MRC电容 目前仅少数企业具备生产能力[2][9] * 新一代TRVR电感相较于上一代芯片电感价值量提升了三倍[35] 公司业绩与运营 * 龙磁科技2025上半年业绩创新高 海外基地规模效应释放 越南子公司营收从2024年同期约6900万元增长至9000万元 净利润从2100万元增长至2900多万元 总体毛利率提升至33.87%[14] * 公司二季度营收比一季度增加约8000万元 一季度为2.56亿元 二季度超过3.3亿元[15] * 越南基地对公司盈利贡献较高 一季度贡献约40% 二季度环比增长近50%[23] * 泰国新建软瓷产业链基地一期3000吨计划在年底投产[29] 市场竞争与优势 * 高端电感赛道具有较高壁垒 全球可能只有两到三家供应商 毛利率非常高[3] * 龙磁科技在电感业务上拥有自主研发材料和强大研发能力[3][16] * 公司通过与客户合作调整设计方案降低成本并获得认可[3][17] * 龙磁科技在全球车载电源领域占据60%到70%的份额[19] * 与TDK和Murata等竞争对手相比 龙磁科技在成本和服务方面具有优势[39] 产品与市场进展 * 龙磁科技AI电感处于客户接洽和小批量交付阶段 预计2026年放量[3][19][20] * 2025年1月份中标的2000多万订单属于认证阶段 预计10月或11月开始逐渐放量[21] * 高性能钐铁永磁材料15材已经走出实验室 在小型电动车和叉车方面有小批量订单 日系车企正在测试[22] * 在英飞凌的电源模块中 电感通常占整个模块价值量的20%左右 单个电感价格约为3元人民币[27] * 随着功率提升 电感在电源模块中的价值量占比可能从低功率情况下的10%增加到高功率情况下的30%[28] 挑战与应对 * 高功率材料研发面临的主要挑战包括材料的仿真和加工工艺[13] * 进入电感市场面临的主要挑战之一是原材料的供应问题 特别是一些优质的海外原材料[34] 其他重要内容 * 公司未来战略中心倾向于优先发展AI芯片电感[32] * 龙磁科技早在2022年就规划了中长期目标 将总产能提升至6万吨 目前越南基地已达到5万吨[33] * 公司作为从材料延伸到器件领域的公司 发展潜力巨大 可参考TDK的发展路径[40] * 垂直供电方案由于将高发热元件放置于板下 对散热要求更高 市场主流降温方式包括风冷和液冷[37]