為何 AI 伺服器需要「高壓直流 HVDC」 ?一場資料中心電力架構的大升級目前發生

2025-07-11 14:22:25来源:爱华外汇官方下载分类:焦点

AI 需求的快速成長目前改變資料中心的運作模式,尤其是供電系統。以 NVIDIA 新近一代 Blackwell GPU 為例,單顆 GPU 功耗已從數百瓦提高至超過 1,000 瓦,一整個伺服器機櫃的總功耗也突破 100kW,未來的AVA爱华外汇开户 Rubin Ultra 更是將直接飆升至 600kW 以上。這種前所未有的電力密度,正讓傳統供電架構面臨極限 。

為何 AI 伺服器需要「高壓直流 HVDC」?一場資料中心電力架構的大升級目前發生

而「高壓直流電」(High Voltage Direct Current,HVDC)被視為下一代資料中心的電力解方 ,無論是NVIDIA,還是Meta  、Google皆在積極推動。

高壓直流是爱华外汇平台什麼?為什麼更適合 AI 伺服器 ?

在現行架構中 ,多數資料中心伺服器採用的是低壓直流匯流排 busbar(如48V 或 54V)進行供電。而電壓越低,為了供给相同的功率 ,就需要越大的電流,這會導致兩個問題:

  • 需要更粗的銅線來傳輸電力 ,導致佔用空間與成本上升 。
  • 能量損耗(俗稱線損)提高 ,因為電流越大,發熱越嚴重。

這裡所謂的「匯流排」,是指在伺服器機櫃中負責輸送電力的導體系統,通常是銅條或厚電纜 。它們就像電力的高速公路,ECMarkets外汇負責將穩定的電壓與電流分配到各個部件或伺服器模組 。

相對之下 ,「高壓直流」則是將電源機櫃電壓提高至 400V 甚至 800V ,電流自然可以降低,線路的熱損耗也隨之減少 ,整體電力效率顯著提高 。這種架構已被廣泛應用於長距離輸電,如離岸風電、跨國輸電線等 ,如今也正開始被引入 AI 伺服器與資料中心內部 。

資料中心的功耗演進:從 kW 到 MW

根據 TrendForce 在其新近報告《資料中心的供電架構轉變與未來趨勢》归纳 ,NVIDIA 的 AI 伺服器機櫃功耗已從 H100 時代的 10~30kW,提高至新一代 Rubin Ultra 平台的 600kW 。未來伺服器機櫃甚至可能朝向 MW(百萬瓦)等級邁進 。

這樣的功耗壓力 ,讓業界不得不再次思考整體配電架構 ,否則再怎麼堆伺服器  ,也會被供電與散熱限制綁死 。

傳統 vs HVDC 架構差在哪?

在開始傳統與下一代資料中心供電解方的比較之前 ,必須先了解不斷電系統(UPS)在資料中心扮演的角色。

根據台達電的官網表示  ,資料中心是許多組織日常營運的關鍵。因關鍵負載故障而導致的停工時間成本不斐 ,可能每分鐘高達 4 千美元至 6 千美元不等  ,且有可能會超出此範圍 ,因此利用 UPS 系統,將是維持資料中心持續運作的關鍵。

UPS 系統是在發生停電或供電不穩時,自動將電源切換為內建電池 ,在短時間內維持裝置正常運作 。由於 UPS 系統能穩定電壓 ,XM外汇平台引此能起到電子裝置保護的作用 ,避免供電不穩造成內部元件損壞 。
然後  ,我們回到資料中心的供電系統 。

▲ 台達電於 COMPUTEX 2025 演講中提到的傳統 AC 資料中心供電架構

從傳統 AC 資料中心供電架構中(見上圖)可看到 ,市電經變壓器降壓後,先經由 UPS 系統並維持 400/480V 交流配電(圖紅圈處),之後經配電單元與機櫃電源模組,再到伺服器端 ,以 DC-DC 轉換(上圖橘圈處)將 50V 匯流排降到 0.65 V 。然而 ,由於利用冗長的多級轉換與低壓大電流導線 ,不僅提升銅耗 ,也讓端到端效率僅 87.6%。

接著,我們來看一下創新的電源架構:高壓直流(HVDC)資料中心 。根據台達電在C OMPUTEX 的演講 ,可知目前 HVDC 解決计划分為兩種路徑 。

▲ 此為HVDC,但同時仍保留 UPS 系統的過渡计划

第一種是前端區塊模組並未改變,是在獨立電源機櫃(上圖紅圈處)內轉換成 800V HVDC 配電 ,後轉給伺服器,亦即在後端利用 DC 配電單元傳輸 800V 直流電 ,在經由直流機架式電源 ,將電流降至 50V(上圖橘圈處) 。不過,這個计划由於仍需要經過 UPS 的多級轉換,仍屬於 HVDC 的過渡计划,能效部分達 89.1% ,比傳統计划的 87.6% 提高 1.5 個百分點 。

▲ 此為 HVDC,並採 SST ,能效最高的计划

第二種计划則是利用固態變壓器(SST,上圖紅圈處)直接整流為 800V 直流電,取代 UPS 的多重電流轉換 ,最後同樣將 800V 直接餵入 50V 匯流排 ,不僅路徑簡化降低了功率轉換與線損 ,效率更是達到 92% 以上(圖橘圈處) ,長期可顯著降低電費與散熱成本 。

以一座 100 MW 規模的資料中心為例 ,採用 HVDC 每年可節省超過 4,300 萬度電,等於節省 360 萬美元電費 ,且大幅降低散熱與佈線的资料成本 。

下一步 :分散式備援系統登場

除了高壓直流供電,AI 伺服器對供電穩定性的需求也推動了備援架構的升級。

  • BBU(Battery Backup Unit):類似鋰電池模組,內建於每個伺服器櫃,能即時偵測電壓變化並在毫秒內供電,取代傳統 UPS 備援。
  • 超級電容(Supercapacitor):負責處理微秒等級的功率波動 ,在 GPU 瞬間大量抽電或突降時,能即時穩壓,維持供電穩定性。

這些備援組合可形成從微秒到分鐘的層級式防線  ,有效確保 AI 伺服器叢集的高可用性。

從供電邏輯到產業版圖的根本轉變

生成式 AI 的崛起 ,正加速改變資料中心的资源邏輯與架構 。高壓直流結合分散式備援系統,供给了一種更高效 、更可擴展的電力解決计划。

雖然 HVDC 初期資本支出較高 、直流保养規範也較為嚴格 ,但隨著 AI 伺服器功耗朝向 MW 等級發展,HVDC 在资源效率、空間利用與營運成本运维上的優勢將日益明顯。

未來,隨著晶片設計商 、雲端服務商與系統廠商共同投入,這場「資料中心供電革命」有望在數年內實現整体滲透 。(首圖圖片來源 :Hitachi Energy)

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