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数据中心供电架构升级
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电力设备:HVDC深度:AI电源的0-1,UPS到HVDC的跃迁
天风证券· 2025-11-01 17:15
行业投资评级 - 行业评级为“强于大市”,评级为“维持” [1] 报告核心观点 - AI算力需求提升驱动单机柜功率密度升级,传统UPS供电在能效、成本、可靠性上遭遇瓶颈,难以满足新一代数据中心需求 [2] - HVDC(高压直流)凭借架构精简、高效可靠的优势成为更优替代方案,数据中心供电正迎来从UPS到HVDC的跃迁 [2] - 技术迭代路径清晰,产业趋势已由概念转向规模化落地,未来2年HVDC渗透率有望跃迁式提升 [2] 技术演进与产业趋势 - 全球供电方案正向科技巨头引领的±400V(微软、谷歌、Meta)及800V(英伟达)HVDC方案快速迭代,目标支撑单机架1MW功率 [2] - 架构上,“电源+服务器同架”的传统模式正向分离式电源(Sidecar)演进,以最大化算力密度 [2] - Meta的±400V方案预计26年Q1落地,英伟达800V方案有望随其Rubin平台在26年下半年开始上量 [2] - 全球数据中心关键IT功率需求预计将从2023年的约49GW激增至2026年的96GW,年复合增长率(CAGR)提升至25%左右 [7] - 2025年上半年四大CSP(亚马逊、Alphabet、微软、Meta)合计资本支出约1,715亿美元,并同步上修全年合计资本支出达3,500亿美元以上 [7] 市场情况与节奏预估 - 海外HVDC或将于2026年开始逐步放量,并有望于2027年加速 [3] - 国内市场在“东数西算”及智算中心建设驱动下,需求预计也将持续释放 [3] - 当前主流的240V或336V HVDC方案渗透率仅约为15%,预计将快速提升 [72] - 800V HVDC需求预计自2028年起集中释放,市场规模及渗透率有望跃迁式增长 [72] HVDC技术优势分析 - 传统UPS架构存在效率与能耗问题、空间与成本劣势、可靠性受限等瓶颈,难以适应高功率场景 [9][11] - HVDC系统在市电正常时通过整流模块将交流电转换为高压直流供电,市电异常时由蓄电池供电,架构更精简 [12][15] - HVDC相较于UPS具备较高安全性与稳定性,且节能减排,铅酸蓄电池组可直接连接配电模块,无需逆变器转换,降低故障概率 [16] - HVDC采用模块化结构,整流模块为热插拔型,可根据负载情况配置运行数量,保持较高利用率,降低冗余 [16] - HVDC减少了逆变环节和功率器件,降低了热能损耗,提高了供电效率 [16] 国内外主要技术方案与布局 - 国内目前高压直流以240/336V为主,广泛采用一路市电+一路240V DC的供电方式,峰值供电效率可达95.5% [23] - 微软推出Mt. Diablo“分离式电源”架构,将电源与服务器机架分离,使每个服务器机架能够多容纳高达35%的AI加速器 [27] - 谷歌推出±400 VDC Sidecar分离式供电方案,将电源系统自服务器主板独立出来,有效降低线路损耗、提升能源传输效率 [31] - 英伟达率先向800V HVDC数据中心电力基础设施过渡,目标支持1MW及以上IT机架,可使端到端能效提升高达5%,维护成本最多降低70% [47] - 阿里巴巴联合推出的巴拿马电源,相比传统方案占地减50%、设备和施工量省40%,模块效率峰值达98.5% [53] 行业竞争格局与壁垒 - HVDC行业呈现“小院高墙”特征,技术与客户认证壁垒高,竞争格局优 [4][69] - 国内市场由中恒电气、中达电通(台达)、维谛等三家主导,2022年三家企业在国内数据中心HVDC总市占率高达90% [67][68] - 海外市场由维谛、伊顿等传统巨头引领,英伟达800V方案潜在主要供应商有维谛、伊顿、施耐德 [67][68] 投资主线与相关公司 - 投资主线一:国内龙头,品牌出海,代表公司为中恒电气,其为国内HVDC龙头,正推进800V产品研发,并以新加坡子公司为依托拓展海外市场 [4][74] - 投资主线二:通过ODM等方式出海,代表公司为科华数据(积极推进产品标准认证、客户样机测试)和科士达(数据中心业务海外收入占比约一半,主要为ODM) [5][75] - 投资主线三:模块新势力,寻求第二增长曲线,代表公司为通合科技(产品包括240V、336V、800V等电压等级)和优优绿能(充电模块产品有望延伸至HVDC) [5][78][83][84]
中金 | AI“探电”(十):ODCC大会见闻 ——产业百舸争流,技术百花齐放
中金点睛· 2025-09-19 07:37
数据中心供电架构演进路径 - 数据中心供电架构正朝着极简化、集成化方向演进,基本按照UPS-HVDC-SST路径演化 [4] - 维谛技术预测2026-2027年将逐步启用Sidecar供电模式(单独边柜集成Powershelf/BBU/超级电容),2030年后启用SST架构 [4] - 科华数据提出2028年全球超算中心中800V HVDC渗透率有望达30% [2] 新型供电技术效率对比 - SST架构全链路效率达91.2%,远超当前UPS架构的85.8% [6] - 800V HVDC方案端到端效率达95-98%,较传统架构提升5% [11] - 国内市电直供+HVDC架构效率为88.1%,海外Powershelf架构效率为89.4% [6] 800V HVDC技术优势与挑战 - 铜材用量减少45%,机房占地面积缩减40%,年均运维成本下降30% [11] - 初始成本比传统UPS高20-30%,且行业统一标准尚未明确 [11] - 需电网到芯片全产业链协同推动规模化应用 [11] GPU功率波动解决方案 - DC侧可通过超级电容shelf补偿瞬时波动 [3] - AC侧高压端采用125kw PCS柜补偿可使主网负载波动平滑 [28][30] - 低压端通过增加PSU内部电容体积(如GB300中电容占比50%)可降低电网峰值功率需求30% [30][33] 全集成电源技术突破 - FIVR技术将供电模块集成至芯片内部,实现纳秒级动态响应(传统为微秒级) [33][36] - 电源面积和厚度仅为传统方案的1/30和1/20 [33] - 对电感尺寸和性能提出极高要求,是无源器件集成的技术瓶颈 [22][33] 极简UPS技术特性 - 科士达新型UPS取消AC/DC整流部分,支持0ms切换、谐波补偿及储备合一 [15] - 具备主路模式、储能模式、联合供电模式三种工作模式 [15][17] - 支持更高过载能力并提升IT算力产出效率 [15] 电源技术升级焦点 - 功率器件材料从Si IGBT转向SiC mosfet,谐振电感采用共用磁芯设计 [18] - 拓扑结构从四电平简化为三电平(I型/T型),I型适合Si器件,T型适合SiC器件 [18][20] - 新增自主寻优、绿电消纳等智能功能 [18]