下一代人工智能数据中心的800伏直流架构

亚洲通信基础设施800VDC架构，面向下一代人工智能数据中心 中信的观点 AC+852-2868-7820kyna.wong@citi.com王锦欣 在本份超级领域报告中，我们概述了800VDC转型可能带来的影响，以及灰色地带和AI数据中心IT机柜电源/冷却的潜在亚洲受益者。随着GPU机柜电源密度接近1MW，我们预测到2030年，800VDC将占全球新数据中心容量的79%，SST需求将从2027年的901MVA激增至2030年的37,152MVA，以取代传统低压变压器。800VDC架构正以80%以上的复合年增长率推动组合式储能系统和BBU电池需求，直至2030年。我们将其视为一个跨越六个细分领域的多层投资机会：利用AI需求红利的DC运营商；通过SST架构升级受益的电源设备商；受益于电池需求增长的储能系统和BBU供应商；受益于电源密度和冷却需求激增的IT机柜电源/冷却供应商（包括BBU、片式多层陶瓷电容器）；抓住结构性散热升级机遇的液冷提供商；以及支撑整个转换链的功率半导体供应商。 +852-2501-2857yiming.li@citi.com李一铭，CFA持证人 艾尔航空 阿南希·许 艾尔航空 安努莎·马迪雷迪 艾尔航空 德文·罗艾尔航空 劳伦斯·刘 艾尔航空 格雷厄姆·麦克唐纳 艾尔航空 霍华德·彭尼 艾尔航空 邵杰，CFA 艾尔航空 王佳美 艾尔航空 钟志荣 艾尔航空黄凯伦 艾尔航空 陈建凯艾尔航空 陈嘉怡 艾尔航空 水野将宏 艾尔航空鹤冈直樹 艾尔航空 马场隆男 艾尔航空 李彼得艾尔航空 刘培，CFA 艾尔航空 阿米尔·阿赫迈德 艾尔航空 苏拉杰·内巴尼，CFA 艾尔航空 长友隆之 艾尔航空 藤原健郎 传统交流电源链让位于固态直流（SST）——自2020年以来，GPU机架的电源密度增长了近100倍，使得传统交流配电在物理上不再可行。我们预计，到2030年（预测值），800VDC的采用率将达到新增全球数据中心容量的79%，从而取代传统的电源架构，同时创造新的设备类别，包括SST、BESS、BBU以及新的冷却解决方案。 数据中心运营商——我们预计短期内AI需求利好将保持强劲。我们看好中国数据中心市场领导者GDS和VENT。在澳大利亚，我们认为NextDC和CDC/Infratil具备将800VDC纳入未来建设的条件。 电力设备——我们认为Delta在端到端的电网到芯片产品组合方面具有独特优势。Hyosung、Sieyuan和TGOOD应受益于低压变压器和固态变压器（SST），从而获得国内建设和出口机会。Hongfa应借助不断增长的继电器产品实现800VDC迁移。Hitachi Energy India、GE Vernova T&D India、CG Power and Industrial应受益于印度国内需求和国外出口。 BESS——800VDC电池需求有望在2027-2030年以80%以上的复合年均增长率加速增长；阳光电源（SST于2026年7月推出）、比亚迪、宁德时代和亿纬锂能是主要受益者。 IT机架电源与散热——我们预测，到2029年（预测），每个机架的BBU内容价值将从2022年的4-5万美元上升至33-34万美元，松下、Dynapack和AES是直接受益者。我们认为村田、SEMCO和Yageo是关键的低损耗陶瓷电容（MLCC）受益者。我们还认为，台湾和中国机架散热厂商可能受益于IT机柜和液体冷却的升级。 散热解决方案—更高的机架功率密度使得液冷成为结构上的必要选择。值得关注的重点企业包括LG电子、大金和Envicool。 功率半导体——VIS 在高压前端处于领先地位；UMC 利用其优势发展 PMIC/BCD 专用工艺节点；瑞萨通过收购 Transphorm 的氮化镓业务可能受益。对于中国而言，SG Micro、CR Micro和 Silan Micro 可从碳化硅/氮化镓需求中获益。 参见附录A-1，了解分析师资质认证、重要披露和研究分析师的关联方信息。 不得在中国人民共和国（不包括香港特别行政区）及合格机构之外分发外国机构投资者 内容 800VDC架构：下一代人工智能数据中心 3 英伟达的800VDC架构：四代演进，从多级交流到单级集成直流转换 4 传统交流链路包含四个有损耗的转换级——在800VDC下全部整合为一级 7 800VDC转型中的关键设备需求预测 9 数据中心基础设施各层级的关键受益者 12 深入解析800VDC转型中的亚洲关键受益者 14 数据中心运营商 14 电力设备 15 电池储能系统 19 IT机柜电源与散热 21 散热解决方案 27 功率半导体 28 术语表 31 附录A-1 33 800VDC架构用于下一代人工智能数据中心 本报告概述了AI基础设施中800V直流转型可能带来的影响以及亚洲的潜在受益者。 人工智能工作负载的快速普及正在从根本上重塑现代数据中心的基础设施。与传统网络服务器相比，GPU机架的功率密度增长了近100倍——从2020年的每机架10千瓦，到Blackwell的每机架120千瓦，预计到2028年，即将推出的Rubin Ultra和Kyber平台将超过每机架1000千瓦。这种近乎指数级的增长轨迹不仅带来了增量工程挑战，更代表了一个结构性拐点，使得传统的电力分配架构在物理和经济上均不再可行。 为此，行业正聚焦800VDC，将其作为下一代人工智能基础设施的最佳电力分配标准。通过以更高电压输送电力，800VDC可显著降低从电网到计算芯片的整个电力链中的电流水平、铜材需求和转换损耗。 英伟达800VDC架构：四代演进，从多级AC转换到集成式DC转换 英伟达的参考架构定义了数据中心电源分配的四个世代，每一世代表转换阶段的阶跃式减少（图1）。当今的主流415VAC架构通过五个或更多的顺序阶段（变压器、低压开关柜、交流UPS、PDU和机架内PSU）将电力输送至计算芯片，最终以54VDC供电。首次过渡步骤——800VDC白空间改造——在现有设施中插入低压整流器和专用高压直流电源侧边机架，在机架级别将交流转换为800VDC，而不会干扰灰色空间基础设施。随后的混合电源分配阶段将整流进一步上游化，消除中央交流UPS，并通过公共直流母线将800VDC分配至整个数据中心大厅。最终状态——通过固态变压器（SST）将中压转换为800VDC——完全消除了低压变压器层，在一个额定功率高达7.5MVA、效率≥98.5%的单一设备中直接将电网级中压（例如35kVAC）转换为800VDC。 花旗研究机构的独家预测显示，全球数据中心建设总容量将从2026年预期的122吉瓦增长至2030年预期的241吉瓦。北美和中国是主要的建设目的地，超大规模企业自建数据中心的容量也随着建设进程激增。 根据Citi的预测，从2026年至2030年，其新增年产能将按增量计算，达到21-32吉瓦，这表明建设周期正进入持续高容量阶段，而非单一年份的峰值。其中，北美每年贡献7-13吉瓦的增量产能，中国贡献5-7吉瓦，超大规模企业自建贡献3-5吉瓦。 从GPU芯片组需求角度来看，具备800VDC支持能力的设备在所有新建设备中的占比正急剧上升，这得益于英伟达Rubin Ultra路线图保持完整。我们预计，基于GPU机架部署需求，800VDC的采用需求在2027财年将达到16.0%，并加速提升至2028财年58.3%、2029财年72.9%和2030财年79.1%，这反映了随着800VDC GPU平台的商业发布，HVDC电源机架需求正在增长。 在800VDC应用过渡路线图中，边车在早期阶段占据主导地位，预计到2027年（预期）将达到3.9GW，到2028年（预期）将达到12.9GW，这是在现有设施层面进行改造升级，无需进行大规模的灰空间重建。我们预计基于SST的设施建设可能从2028年（预期）开始，并加速至2029年（预期）11.5GW和2030年（预期）17.8GW，到2030年（预期），SST的应用需求将使新增总容量的55.4%。 从成本方面来看，根据SemiAnalysis的预测，侧挂式改造阶段在短期内将产生每兆瓦+40万美元的适度溢价，高于目前的基准水平。未来，随着向SST部署的过渡，每兆瓦的总电气成本将比基准下降70万美元，因为中央UPS、低压变压器和低压开关柜将被取消。 传统交流电链路有四个损耗转换阶段——在800VDC以下，所有这些阶段都合并为一个。 我们深入探讨了AI数据中心在灰色空间中的电源结构。传统架构通过以下主要部分将公用交流电源路由到白色空间中的IT服务器： 变压器与低压配电柜（LV MSB）：在接入市电后，变压器将中压电网电力转换为低压交流电，然后由低压配电柜进行电力分配。 UPS：提供电源调节和短期备用电源。在双转换拓扑中，UPS执行AC→DC→AC转换，引入~3–5%的损耗，并需要大量的地面空间和电池基础设施。 n PDU：为机架排分配 conditioned AC power，并提供计量和电路保护。 机架内整流/反转：每个计算机架内的电源单元架执行最终的交流至直流转换，向计算机架输出低压直流电。 此外，数据中心电源系统中的另一个重要部分是备用电源，目前主要由柴油发电机（GenSet）提供。 800VDC SST架构用单一集成设备取代了冗长的交流链路。SST在一个紧凑的单元内执行所有必要功能——功率因数校正（PFC）、电压降压、整流/逆变、电源控制等。它直接从配电网接收中压交流电，并向直流配电网络输出800VDC，该网络为计算机架供电，直至GPU板级别才进行最终电压降压。SST与IT服务器之间设有侧挂式或电池机架——这是一种专门设计的中间模块，作为800VDC电源链的智能与韧性层。 800VDC架构的影响体现在以下结构维度： n 铜耗节省：将分配电压从415伏交流提升至800伏直流，可将输送相同功率所需的电流减半，这直接转化为更细、更轻的电缆，从而显著降低了整个设施中优质铜的成本。 设备层已消除：UPS、低压变压器、PDU以及机架内电源分配单元货架均已从主电源路径中移除，从而降低了资本成本和维护复杂性。 n PUE提升：通过消除兆瓦级数据中心内的交流/直流整流，可提高端到端电力传输效率并降低冷却需求，从而显著降低运营PUE。 本地产能存储集成：不同于集中式UPS电池组，储能原生部署于800VDC总线上，构建了面向AI工作负载动态需求的分层、弹性电力架构。800VDC直流架构也便于绿色能源及储能系统直接接入设施电力总线，这是具有强制性碳中和承诺的超级计算服务商的战略赋能。 n 减少占地面积：在传统设施中，灰色空间电力设备可能占用总建筑面积的30-40%，但现在其占地面积被大幅压缩——这对于电力基础设施在空间消耗上日益与计算能力竞争而言是一个关键优势。 800VDC过渡阶段关键设备需求预测 我们估算了对两种架构下每吉瓦数据中心IT负载的设备容量需求进行标准化比较的概要，将定性的架构差异转化为具体的容量需求指标。 在800VDC架构中，定义传统交流电源链的四大主要类别——低压变压器/MSB、UPS及其附属UPS电池，以及PDU/RPP——将被集成到STT系统中。据我们估计，对于新建的每1GW 800VDC数据中心IT负载，相较于传统架构，将永久性地放弃约2,083 MVA的低压变压器采购、1,563 MW的UPS采购、1,500 MW的PDU采购，以及326 MWh的UPS电池采购。 800VDC SST架构引入了以下在传统数据中心采购中没有先例的新主要需求类别： 840兆瓦/吉瓦的BBU功率（位于旁挂单元或电池架中，提供高倍率毫秒级至秒级的缓冲），76兆瓦时/吉瓦的BBU电池（架级缓冲的能量存储单元）。 BESS 功率需要在设施层面达到 1,500 兆瓦/吉瓦，配备 530 兆瓦时的 BESS 电池作为设施层面的储能，用以替代中央 UPS 电池并增加削峰能力。 一个1500兆瓦/吉瓦的直流配电系统将取代传