NVIDIA 800V高压直流（HVDC）架构将为下一代AI工厂供电

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AI工作负载的指数级增长推动数据中心电力需求变革。传统54V机架内电源分配系统专为千瓦（kW）级机架设计，已无法满足现代AI工厂即将部署的兆瓦（MW）级机架需求。NVIDIA正引领向800V HVDC数据中心电源基础设施的转型，计划从2027年起支持1MW及以上的IT机架。为加速落地，NVIDIA正与数据中心电力生态系统的关键行业合作伙伴展开协作，包括：

芯片供应商：英飞凌、MPS、Navitas、罗姆、意法半导体、德州仪器
电源系统组件厂商：台达、伟创力电源、领威科技、光宝科技、麦格米特
数据中心电源系统厂商：伊顿、施耐德电气、Vertiv

这一计划将推动技术创新，旨在为下一代AI工作负载建立高效、可扩展的电力输送系统，同时确保更高的可靠性并降低基础设施复杂度。

传统机架电源系统的局限性
如今AI工厂的机架依赖54V直流电源分配，笨重的铜母线将电力从机架式电源架输送至计算托盘。当机架功率超过200千瓦时，这种方案开始面临物理限制：
空间制约：当前NVIDIA GB200 NVL72或GB300 NVL72需最多8个电源架为MGX计算和交换机架供电。若在兆瓦级场景（如Kyber机架）中沿用54V直流配电，电源架将占用高达64U的机架空间，导致计算设备无安装位置。在2025年GTC大会上，NVIDIA展示了800V侧挂式电源，可在单个Kyber机架中为576颗Rubin Ultra GPU供电。另一种方案是为每个计算机架配备专用电源架。
铜资源过载：在单个1MW机架中使用54V直流供电，需高达200公斤的铜母线。仅一个1GW数据中心的机架母线就可能消耗近50万吨铜。显然，现有配电技术无法满足GW级数据中心的未来需求。
转换效率低下：电源链中反复的交直流（AC/DC）转换不仅能耗高，还会增加故障点。

800V HVDC带来的革命性变革
NVIDIA 800V HVDC架构通过整体重新设计解决上述挑战，正与数据中心电源生态系统合作推动实现这一概念所需的创新与变革。

从电网到动力室的变革
传统数据中心配电需多次电压转换，导致效率低下且系统复杂。通过在数据中心边缘使用工业级整流器将13.8kV电网交流电直接转换为800V HVDC，可省去大部分中间转换步骤，减少因多次AC/DC和DC/DC转换造成的能量损耗。
这一方案还能显著减少电源链中带风扇的电源单元（PSU）数量，从而提升系统可靠性、降低散热需求并改善能源效率，同时大幅减少组件总数。
单步AC/DC转换实现了更直接高效的电力流动，降低了电气复杂度和维护需求。不过，仍需技术创新以充分实现过流保护可靠性和维护优势。HVDC还能降低传输损耗、提供更好的电压稳定性，确保关键基础设施的稳定供电，同时降低铜材及整体材料成本，在简化数据中心电源架构的同时提升运行效率。

设备排级电力管理
在配电系统中采用800V母线并从415V交流切换至800V直流，可使相同导体的输电能力提升85%。这是因为更高的电压降低了电流需求，减少了电阻损耗，使电力传输更高效。
电流降低后，更细的导体即可承载相同负载，铜材需求减少45%。此外，直流系统消除了交流电特有的集肤效应和无功功率损耗等效率问题，进一步提升能效。采用800V直流配电，设施将获得更高的功率容量、更好的能源效率和更低的材料成本。

IT机架的实施
通过采用800V直接输入，计算机架无需集成AC/DC转换级即可高效处理电力输送。这些机架接受双导体800V供电，并在计算机架内利用DC/DC转换为GPU设备供电。省去机架级AC/DC转换元件，释放了宝贵空间以容纳更多计算资源，支持更高密度配置并提升散热效率。与需要额外电源模块的传统AC/DC转换相比，800V直接输入简化了设计，同时提升了性能。

800V HVDC的核心优势
可扩展性：使用相同的数据中心电源基础设施支持从100kW到1MW以上的机架，实现无缝扩展。
效率提升：端到端效率相比现有54V系统最高提升5%，确保更优的能源利用率。
铜材减耗：与传统415V交流或480V直流架构相比，800V HVDC显著降低数据中心主干的电流、铜材用量和热损耗。
可靠性增强：传统IT机架PSU依赖过度配置来减少停机，但这导致频繁维护以更换故障模块。集中式电源转换可提升系统可靠性，而HVDC系统的故障检测和可维护性是创新的关键领域。IT机架PSU的空间限制会引发散热挑战，导致成本与长期可靠性之间的权衡，将电源转换移出机架可降低这些风险。
面向未来：设计满足1MW机架需求，并能随数据中心需求演变高效扩展至更高功率机架。

应对设施级HVDC部署挑战
尽管高压直流架构在过去已进行试点，但受技术和部署挑战限制，未能广泛应用。如今，AI驱动的机架密度提升、电源转换技术进步，以及围绕电动汽车充电标准建立的工业基础，正改变这一
局面。
在设施级部署800V HVDC带来了安全、标准和人员培训方面的新挑战。NVIDIA及其合作伙伴正积极研究传统基于变压器和固态变压器（SST）方案的资本支出（CapEx）、运营支出（OpEx）及安全影响，以推动这一转型。

未来发展路径
800V HVDC不仅服务于当下的机架，更旨在为AI基础设施提供面向未来的解决方案。800V HVDC数据中心的全面量产将与NVIDIA Kyber机架级系统同步于2027年启动，确保为日益复杂的AI模型提供无缝扩展能力。
800V HVDC架构还包含能源存储解决方案，以帮助数据中心基础设施应对负载峰值和亚秒级GPU功率波动，更多细节将持续公布。
随着AI工作负载每查询所需计算能力提升100至1000倍，该架构通过效率、可靠性和系统架构改进，实现可持续增长，同时将总拥有成本（TCO）降低高达30%。

关键效率提升点
端到端电源效率提升高达5%
由于PSU故障减少及组件维护人工成本降低，维护成本降低高达70%
消除IT机架内AC/DC PSU，降低散热开销

NVIDIA不仅在打造更快的GPU，更在重构整个电源链以释放AI的全部潜力。超高效、兆瓦级AI工厂的时代已然开启。

罗姆作为NVIDIA的重要合作伙伴，积极参与MGX电力生态系统，携手推动800V HVDC数据中心技术的落地与发展。作为全球知名的半导体厂商，罗姆在功率器件等领域具备深厚技术积累，其与NVIDIA的合作将为下一代AI工厂的电源基础设施建设注入强劲动力，共同探索高效、可靠的电力解决方案，助力AI数据中心迈向更具前瞻性的发展阶段。

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