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功率器件在AI数据中心电源中的应用
英伟达英伟达(US:NVDA)2025-09-11 22:33

纪要涉及的行业或公司 * AI数据中心电源行业 英伟达及其高端AI服务器产品(NVL72 GB200 GB300 Rubin系列) 国内厂商(长城电子 东微半导体 斯达半导体)[1][3][4][25][38] 核心观点和论据 * 高端AI服务器功率密度极高 英伟达NVL72整机柜功率达132千瓦 采用多组5.5千瓦电源模块[1][3][6] * 未来技术趋势是向更高功率(12千瓦甚至19千瓦)和800伏高压直流(HVDC)架构发展 以提升效率并减少体积[1][5][7] * 为实现更高功率密度和效率 下一代电源将广泛采用碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等先进半导体材料替代传统硅基器件(如IGBT 超级结MOS)[1][5][6][7][15] * 英伟达下一代Rubin方案将支持800伏HVDC输入 并优化架构[1][7] * 在电力转换架构中 HVDC方案将市电转换为800伏直流再供给PSU 与传统方案(480伏交流输入)在服务器内部最终均转换为48伏直流[8][9] * 切换至氮化镓技术的主要驱动力是解决发热问题 因其具有更高效率和更低热损耗[10] * 碳化硅主要用于高压环节(如12.8千伏变压至800伏 HVDC整流 PSU中800V转48V) 氮化镓主要用于200伏以内的低压应用(如板载电源 桥式整流)[11][13][14] * 成本是技术选型的关键因素 超级结MOS因成本低廉在高压领域(400-600V)仍有强大竞争力 全面替代不经济[2][12][30] * 国内厂商如长城电子已在7.5-8千瓦电源模块中采用氮化镓技术 东微半导体的超级结MOS性能接近英飞凌且价格低30% 有机会进入核心供应链[4][25][41] * 碳化硅和氮化镓器件当前价格:650V SiC约50元/颗 1200V SiC约90元/颗 200V GaN约50-60元/颗[23] * 当前服务器电源市场仍以传统硅基器件(IGBT 超级结MOS SGT MOS)为主 但GaN在PSU中的应用已开始放量 SiC需待HVDC起量[15][26][44] * 英伟达未来两年(至2027年)主力产品(B200 B300)仍将大量使用超级结MOS 不会完全切换至HVDC方案 大规模应用需待Rubin系列[42][43] * 普通服务器电源功率多在300-500瓦(占比65%) 使用传统SGT MOS 高功率AI服务器(如7-8kW)将是GaN的主要应用场景[34][35][37] 其他重要但可能被忽略的内容 * 约25%的AI服务器市场采用由厂商提供壳体、用户自装英伟达GPU(A卡/H卡)的模式 通常需要3000瓦电源[36] * 国内供应商(东微 斯达)目前主要为国内企业(如华为 阳光电源)供货 尚未大规模进入英伟达国际供应链[38][39] * 电源市场对设备可靠性要求极高 价格敏感度低 更注重性能与稳定性[40] * HVDC方案能显著减少碳化硅用量(约2/3)但电压等级提高一倍[22] * 在PSU设计中存在混用碳化硅(第一级降压)和氮化镓(第二级降压)的情况[18][19] * GB200和GB300采用不同的冗余电源配置模式(4+2/4+4 和 5+3)[4][16][17]