算力需求爆发催生供电效率革命，HVDC 开启能效跃升新纪元
思瀚产业研究院    2025-07-07

1、算力需求爆发催生供电效率改革，第三代 HVDC 架构崭露头角

AIDC 耗电量激增，高效用电至关重要。AI 和生成式 AI 推动电力需求快速增长，根据Gartner 预测，2027 年全球 AIDC 年新增耗电量将达到 500TWh，较 2024 年几乎翻倍。另据 Statista 预测，AIDC 的建设运营将推动全球数据中心用电由 2023 年的 430TWh（占全球用电量的 1.4%）提升至 2030 年的 1510TWh（占全球用电量的 4.5%）。但由于新的输电、配电和发电能力可能需要数年时间才能上线，短期电力短缺风险倒逼数据中心必须在现有供电能力下挖掘能效潜力。

实际上，面对能效压力，数据中心供电架构已历经两代升级，目前处于第二代至第三代的过渡阶段。

第一代电源架构：传统 UPS 供电架构

三相 480V 交流电输入数据中心后，首先接入不间断电源（UPS）系统。UPS 不仅提供电池备份功能，还为服务器机架输出稳定的交流电压。在机架内部，该交流电会经过整流（AC/DC）降压处理，转换为服务器所需的低压直流电，并通过冗余电源模块分配给每个计算单元。这套架构作为数据中心供电的行业标准已运行数十年，目前仍有大量系统采用此方案，其单机柜典型功率支撑能力为 10-15kW。

第二代电源架构：OCP 48V 供电架构，效率提升 5%

大约十年前，大型云数据中心的兴起导致服务器功率水平提升，进而催生了“第二代”架构。这个新系统与第一代的不同之处在于服务器电源的输出电压从 12V 提升至 48V，同时电源被整合到电源柜中，也称为“开放式机架”（open rack）电源，电池备份单元（BBU）也被整合到机架中。所有这些改进使得系统转换效率提高了 5%左右，第二代架构单机柜典型功率支撑能力为 40-100kW 以上。

第三代电源架构：±400V 或 800V HVDC，同时解决效率、散热、铜排、功率密度等问题

随着高功耗 AI 芯片大规模部署，第二代数据中心供电架构正逼近其物理极限。未来 AIDC的单机架功率需求将攀升至 600kW-1MW 量级，这对供电系统提出了前所未有的挑战。算力密度与供电效率的根本矛盾：AI 工作负载需要海量并行计算，迫使 GPU、CPU 及网络交换机之间的物理距离必须大幅缩短以降低通信延迟。

这种紧凑布局导致传统机柜内无法容纳庞大的电源设备——笨重的电源模块不仅挤占宝贵的算力空间，更因散热限制制约整体功率提升。“边柜”（sidecar）架构应运而生：通过将电源供应单元（PSU）、电池备份单元（BBU）等关键供电组件从 IT 机柜中剥离，整合至独立的专用机柜。该独立电源柜通过低阻抗铜排（busbar）直连服务器机柜，实现能量高效传输。

这种物理分离既释放了 IT 机柜空间以部署更多 GPU，又规避了大电流传输导致的铜排与散热瓶颈。电压由 48V 升级至±400V 或 800V HVDC：传统 48V 系统承载 1MW 功率需超 18kA 电流，而第三代架构采用±400V 或 800V 高压直流（HVDC）方案，母线电流大幅降低，可减少铜材用量，提升转换效率。

2、微软等海外大厂布局±400V HVDC，英伟达加码 800V HVDC

2024 年 10 月微软 Azure 发布“Mt Diablo”分离式电源架构，将电源机架从服务器机架中独立出来，服务器机架专注部署 AI 加速器（GPU/ASIC）和高速网络交换机，电源机架集成 AC/DC 及电池存储等功能。目前第一批分离式电源机架仍沿用 48V 直流供电，但未来将采用 400V HVDC 以提高效率。

谷歌在 OCP（Open Compute Project）2024 大会上介绍了应用于 AIDC 的±400Vdc 供电架构，其过渡期采用专用电源柜（Sidecar）方案，终极目标是将±400Vdc 与电池备份整合至数据中心基础设施，与微网、储能等结合，实现能效最大化（>96.5%）和计算密度跃升。

2025 年 4 月 Meta 在 OCP 人工智能/机器学习物理基础设施研讨会上介绍了下一代高功率机架（HPR Next）的电源解决方案，该方案分为三个逐步演进的技术阶段，HRP V2 将现有机架内 PSU 从 5.5kW 升级至 12kW；HRP V3 将电源移出 IT 机架，采用 50Vdc 集中供电，并通过汇流排连接相邻 IT 机架;HRP V4 采用±400Vdc 高压直流、高度集成的独立电源机架，通过电缆连接 IT 机架，可为高达 800kW-1MW 以上的机架供电。

2025 年 5 月英伟达宣布推出 800V HVDC 数据中心电力架构。该架构通过 800V 高压直流供电，可支持功率超过 1MW 的 IT 机架，有效解决了传统 54V 架构面临的扩容瓶颈、铜排需求激增及能效低下等问题。根据规划，800V HVDC 数据中心的全面量产将于 2027 年启动，与英伟达 Kyber 机架系统同步落地。

英伟达 800V HVDC 架构不再将目光局限于机架或模块层面，而是以全栈系统视角构建 800V高压直流配电链。通过使用工业级整流器在数据中心周边将 13.8kV 交流电网电力直接转换为 800V HVDC，显著减少了带有风扇的 PSU 的数量，可提高系统可靠性、降低散热并提高能源效率；随后通过两根导线直达设备排与 IT 机架，实现“交流一次转换，直流全程传输”的高度简化电力流动路径。

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