国联民生电子：功率半导体竞争格局演变与AI供应链重塑

发布时间：2026-08-21 一、AI总结内容 一、核心要点 1. AI服务器算力从前训练向后训练转移，后训练复杂度指数增长，海外安全合规要求及垂直领域计算精度要求拉高算力需求，机柜功率提升推动电压等级从400V向800V升级，功率半导体价值量随之重塑 2. 400V供电架构需5级有源转换，功率半导体主要集中在电源架、电源配送模块、VRM环节，单机柜价值量约3.8万美元，其中VRM占比超65% 3. 800V供电架构简化为3级转换，新增固态变压器、固态断路器、BBU等环节，功率半导体价值量提升至约15万美元，碳化硅价值量从单机柜约6000美元涨至约4.6万美元，氮化镓价值量涨约42倍 4. 全球功率半导体市场呈现“滚雪球”特征，欧美日老牌厂商经数十年积累占据超80%份额，中国功率半导体产业历经代工设计分工、车规级爆发等阶段，2024年车规级IGBT国产化率达50%以上 二、投资线索 1. AI服务器升级推动碳化硅、氮化镓等第三代功率半导体需求爆发，相关环节国产替代空间大2. 400V架构向800V架构转型，固态变压器、固态断路器、BBU等新增功率半导体环节受益3. 国内功率半导体企业可依托技术非线性迭代（如碳化硅路线）实现供应链份额突破三、风险与关注 1. 海外厂商在功率半导体核心工艺经验、客户认证、设备壁垒上仍具优势，国产替代进度可能不及预期 2. 变压器等传统功率器件产能扩张不足，交期长达4年且依赖东亚原材料，数据中心供电环节存在延期风险 3. AI服务器功率升级节奏、电压等级演进路线存在不确定性，可能影响功率半导体需求释放 二、音频原文（转写） 大家好，欢迎参加国联民生电子功率半导体从竞争格局演变看供应链重塑，目前所有参会者均处于静音状态下面开始播报声明根据证券期货投资者适当性管理办法。本次电话会议并服务于国联民生证券研究所白名单。客户本次会议在任何情形象都不构成对会议参加者的投资建议，相关人员应自主做出投资决策，并自行承担投资风险国联民生证券不对任何人因使用会议内容而引致的任何损失，承担任何责任。 未经国联民生证券事先书面许可，任何机构或个人不得以任何形式复制。刊载转载转发引用本次会议内容，否则由此造成的一切后果及法律责任，由该机构或个人承担。本公司保留追究其法律责任的权利。嗯，好的呃，各位尊敬的投资者，大家晚上好，我是国立民生电子研究员范小康，那么今天给大家带来的话是功率半导体的投资框架。 好呃，那我们呃一开始的话，我们这个认为功率半导体未来会受到ai服务器整体功率的提升，从而带来呃整个电压等级的提升，呃，进而带来功率半导体价值量的重塑。呃，那么其实当前的话，无论是产业界还是学术 界？对于大模型预训练阶段的边际提升效率，这一点确实是呃存在一些呃诚意的放缓的观点，那么单纯依靠这个数据所谓的力大专非的这种等框架正面临着瓶颈。嗯，但是我们认为的话，这并不意味着算力需求的决定。 大家相反整个人工智能产业的算力消耗其实正在从前训练往后训练阶段转移，这么的话主要由三方面组成第一个方面的话是后训练的复杂度呈指数型的增长啊，现在像是g,r,p,o,r,h,f等。为代表的对其算法。算力的占比从早期不足整体训练量的5%到了现在的前沿，模型30%可能更高后训练的话并不在说是预训练的一个附属中学，而是能够让整个模型可以摸到更高的智能上限。那么第二点的话，我们也可以看到海外对于安全合规的要求以及对于精度标准的要求，对算力也提出了更大的要求。 像是红队内的对方测试内容过滤以及价值观这种要求加上ai应用于医疗也好嗯，金融也好，科研也好等垂直领域对于计算精度的要求，使得整个系统对于冗余设计上会投入更多的算力需求。那么我们可以看到谷歌和英伟达等头部厂商。还仍然在迭代自己家的呃新1代芯片，迭代自己家的互联技术。那我们也相信的话，尽管说是预训练的边际曲线趋于片呃趋于平缓。 但是当我们将视野扩到后训练扩到推理侧的时候，我会发现对于ai整个产业来说。机柜升级功率增大变压等级上升功率半导体价值量提升的这一传导路径仍然非常明显。那么我先给大家拆解一下，像是vr200nl72的功耗拆分。这样来了解功耗上升带来的400伏像800伏的必然转变。 整个vr200nvr72的机柜功耗呃，我们以这个maxt配置。回力gp.U有72颗裸心的工号额定功耗设定在2300瓦，也就是合计在166000瓦。但是这并不包含gpu上分装的hbm以及vr.M损耗。加上hbm回归r的损耗之后，我们可以得出星光整体的功耗大概是2500瓦一颗。 再叠加呃，微软的cpu的功耗，大概我们考虑到相对于gracecpu200瓦的性能翻倍之后。整体功耗大概是在300到350瓦每克。啊，以及n v link，所以呃交换芯片的功耗呃，一个rank的话配是36克按照n v link5整体的功耗来看。并且考虑到速率翻倍，大概也是400瓦左右的功率啊。 这块整体十14000瓦啊，那么加总00散散呃放在一起包括网络呀，包括dpu啊，包括管理啊，包括电源转换的损耗，我们可以看到到vr200这个级别啊，整体的功耗已经达到两220000瓦左右。这由于机柜内是不只有呃gpu，还有cpu交换芯片，然后这个数据处理单元。啊，大概整体g.Pu占的功耗是75%。呃,c,p.U占的，仅仅只有5%。 那么功率的极大急速提升不得使呃，不仅使得整体机柜的占地面积更大，还使得整体铜线使用量的上升。啊，采用800伏的话，是英伟达等厂商不得不的一种考量，那么低压下的电流超出了物理承载，并且采用800伏少了两级转换效率会提升3%到5%以上。同时，由于ai算力负载具有着突发性，比如像训练任务，突然启动功率的1个陡增，需要配置储能作为缓冲以及备电。那我们可以看到hv,d,c的话是一个呃这个趋势下的一种方案。 同时采用这种方案的话，呃英伟达也考量到可以兼容下一代芯片，像是呃呃black world，后续功率继续攀升之后留足足够的电压语度。好那传统的400伏的ac架构的话完整供电逻辑。大概是有五级。从brt1直到pfc，然后再到一个dcdc的降压，然后到电源砖再到嗯，这个三级电源也就是vr,m， 其中brt环节brt环节是非半导体那pfc和dcdc，一个降压环节在p,i,cu内合并采用了部分的功率半导体。 到了800次架构的话，整体是减至3级的有源转换，从固态变压器到dcdc的电源架，然后到vrm片上的一个电源。但是每一级的话均上升为了半导体级别，并且新增了呃这个固态电容固态断路器，以及dc,呃,b, b u两个半导体节点。使得每千瓦的功率半导体价值量从175上升到了260，大概是一个50%的涨幅。那我们先说传统400伏的呃供电路径，第一级的话是这个电网入口从三相电十呃13点8000伏的北美配电网接入之后接入到了传统同绕组变压器，降到415到480的一个三向交流电。 那么由于变压器的话，只是基于这个。电磁感应原理啊，通过铁芯通过圆边通过竖边来传输能量，这个环节的brt含呃，半导体含量是零。啊，并且我们可也可以看到嘛，这个在过去的15年北美变压器制造产能并没有进行实质性的扩张，那大功率的变压器目前交期其实达到了4年以及以上啊。从19年以来价格的话也是上涨了50%以上。 呃，并且由于关键的原材料像是取向钢啊，高醇酮啊，主要还是依赖依赖于东亚三国的进口啊，那么数据中心其实在26年的话就有50%以上，因为没有专用的电器设备以及因素无法到货而面临的延期。那么传统400伏的话，第三级是这个三项交流配电，从415到480的三项交流电，通过两路的100安电源线送入到机柜内的电源架，同样没有使用啊这个功率半导体。那么第四节的话是power shelf呃，以及ps.U.呃整体的配置。 那psu的话，电源架采用了呃psu这个电源供应单元，采用n加一的冗余设计啊，整体的话psu在内部转换有两部第一步的话是做这个功率因素矫正啊，其实也是提高一个电能质量，并且除掉高次斜波，满足1个谐波标准，使得电流和电压最终输出的波形是同向位的。第二级的话是将输出的这个直流电约400伏降到一个50伏的直50伏直流输出啊。那整体的话像是vr200的nv72配置有四组的电源架，每组大概是3u的高度额定功率在110000瓦，也就是说的话，整体额定功率是330000瓦大概比系统级的。 这个热设定功率220000瓦，高出了50%。每组电源架的话配置的是有六颗18.3千瓦的p.Su，总共110000瓦三组。啊，这一环节的话其实是引引入了p.Fc以及dcdc的圆边啊，这个环节采用的碳化硅的most。啊，因为电压的话，呃在这个400伏的规格啊，因为得益于它们的高机窗电压以及低的开关损耗啊那么在d,cdc的副边采用的仍然是硅厂效应管从同步整流的方式用有源的开关管代替了这个2d管实现整流，那同时还有一个控制芯片，这个pdmm的控制器啊来调节开关管的导通时间来稳定一个数字电压。 这是这一环节整体用到的这个功率半导体相关。啊，整个的满载效率的话大概是95。好，那么其他的零零散转环节还包括50伏的直流液轮母线以及呃电源配送模块啊。整体来看的话，我们看到啊这个在400伏的传统呃，这个机架上gpu的分gpu分装级的vrm，也就是实现从12伏到。 0.7伏这一环节是价值量最高的一个环节，那主要还是由于这个呃机柜里含有较多的gpu和cpu啊，需要用这个vrm呃来稳定整个板载的电源电压。核心的话vr,m采用的是多项架构，呃，每一个gpu的vr,m，大概是有两20到30。个并联的独立转换单元，然后采用独立的电杆，采用两到四颗的规模以及驱动芯片。来输出整体的电压文波，并且分散热引力。 啊然后同时vm还要满足整体ggpu，这个微秒级的负载变化也就是瞬态响应。那整体这块的供应商的话，我们也知道是mps目前做vrmi的核心供应商，我们也会去看一下国内是否有厂商能够呃在未来的国产替代也好，未来的产能瓶颈下的转移也好来替代掉mbs这家公司嗯，好，那这个环节的话，呃为什么说要采用功率半导体？这里也解释一下啊，主要还是因为整个的这个工作电压大概在0.7伏，但是功率不变的情况下，电流就启动。 那对于这个环节来说，功率半导体的关键指标是导通的电阻并非击穿电压啊，所以这块采用的是硅级的most。啊，成本的话大概是碳化硅和氮化钾的1/5到1/10。好呃，那么这个我们梳理完整个400伏的转换线路，呃，大概是从电网到传统变压器，然后再到三项交流配电450伏，然后再到呃这个这个场站的电源架。呃做一个dcd呃做一个呃电压的压降到50伏之后到机柜母线，然后再到电源配送整体环节。 我们可以看到呃，这个这个环节是较多的，并且使用。功能半导体的环节大概只集中于psu，然后电源配送模块和vrm这几个环节。那整体的话像是这个400对于vr200呃vl72来说，整体的功率半导体的价值量合计是在38000美元左右。啊ps.U这块的话是8500美元，占比大概是22%，然后电源砖的话大概是3200美元，占比8%啊，占比最大的话是还是刚才说的vr.M3级电源，这块6%十四大概是24800美元的一个计价的价值量。 然后网络芯片的这块的话，大概就是一个2000不足5%的一个占比。好到了这个新架构800伏呃，很明显我们看可以看到整体的这个转化链路是减少了啊，我们从电网的3相电仍然呃，仍然从配电取得13点8000伏之后，直接就接入了固态变压器。将13点8000伏的交流电在单部内集中转换成800伏的直流电。啊，这一步单元因为是一个高压环境，需要较高的耐压强度，所以采用了一个碳化硅的mot作为材料。 嗯呃，这个我们也可以看到台达在25年11月份已经推出了首发的这个vi变压器的产品啊，并且伊盾呀机翼呀啊，同步在后续也会推出。那么第三级的话到一个800伏的直流母线啊。啊，同样是经过两根导体将800多的直流电啊，一个正极，一个负极从配点式传输到数据大厅的设备列。再到it的机柜，整个直流传输其实可以消除交流，有的这个输出效应以及无功的功率损耗。 那整体这个环节的话，呃，由于母线仍然是这个铜或者铝的导体啊，仍然不含工业