AIDC系列深度（六）：从柜外到柜内：AI电源升级的两场战役

投资逻辑： 随着GPU/ASIC单芯片功耗及整柜功率持续提升，若供电电压保持不变，传输电流将同步上升，而线路损耗与电流平方成正比，铜耗、发热、线缆及空间约束随之加剧。另一方面，GPU/ASIC核心电压长期维持在约1V附近，芯片侧无法再通过提高电压降低电流。因此，AI电源升级沿两条路径展开：前端通过升压降低远距离传输电流，后端通过缩短低压大电流传输路径降低PDN电阻。 第一场战役：升压降电流，800VDC推动供电架构由设施侧向服务器内部持续高压化。柜外侧，Sidecar通过兼容现有480Vac基础设施实现800VDC快速导入，巴拿马通过中压侧一体化压缩传统供电链路，SST则以中压直转800VDC为长期演进方向。随着800V进一步进入IT Rack，柜内又形成Shelf级800V→50V与Tray级800V→12V/6V两类路径，前者更强调对现有服务器供电体系的兼容，后者则将高压进一步推近Compute Tray甚至GPU，通过减少中间转换级和低压大电流传输距离提升功率密度。 第二场战役：近距降电阻，800V向板级下沉,三次电源由分立走向模块/VPD。800V板级直降需要在显著小于传统机架电源的板级空间内完成高变比转换，为压缩磁性器件体积，开关频率由数百kHz向接近1MHz提升，高频工况进一步放大GaN低开关损耗和高功率密度优势。更重要的是，50V、12V、6V中间母线目前尚未收敛，但无论最终采用哪种方案，800V输入侧均需要新增高频高变比DC/DC。 低压大电流推动三次电源由分立式向模块化、垂直供电及更高集成度演进。当供电电压最终降至GPU/ASIC核心所需的约1V附近后，进一步升压难度较高，降低PDN阻抗成为控制损耗的主要手段。传统横向供电需要大电流在PCB上进行较长距离传输，而模块化电源通过提升器件集成度压缩供电面积，VPD进一步将电源移动至芯片背面、直接缩短VRM至芯片的供电路径，长期IVR/SIVR则有望将电压调节继续向封装和芯片内部迁移。 两场战役共同推动AI电源价值量由传统PSU向完整Grid-to-Chip供电链路扩散。前端800V升级带来HVDC PowerRack、SST、碳化硅等新增需求，后端则推动DrMOS、芯片电感、MLCC电容、PCB及二/三次电源模块价值量提升。 投资建议 AI电源升级沿“前端升压降电流、后端近距降电阻”两条主线展开，建议关注受益于技术迭代的电源及零部件公司，相关标的：麦格米特、中富电路、欧陆通、新雷能、阳光电源等（完整标的见正文）。 风险提示 资本开支不及预期；芯片功率提升不及预期；技术路线变化；客户认证和订单放量不及预期等。 内容目录 1、AI芯片功率跃升，AI电源进入架构升级新周期...................................................31.1从市电到GPU：AI电源系统的三级变换链路.................................................31.2芯片功耗跃升，推动电源技术持续升级.....................................................31.3电源升级的本质是降低I²R损耗：升压降电流&近距降低电阻..................................42、柜外HVDC系统升级路径：Sidecar、巴拿马、SST.................................................52.1 Sidecar：兼容存量交流架构，800VDC率先落地.............................................62.2巴拿马：中压侧高度集成，推动MW级供电快速交付..........................................72.3 SST：中压直转800VDC，重构AIDC长期供电架构............................................93、柜内电源：800V向板级下沉，低压大电流推动近芯片供电演进....................................103.1二次电源：Shelf/Tray级多种方案并行，高频高变比DC/DC拉动GaN需求......................103.2三次电源：从分立式向模块化与垂直供电演进..............................................154、投资建议：重点推荐受益于技术迭代的电源及零部件公司.........................................175、风险提示...................................................................................18 图表目录 图表1：三次电源位于AI电源系统的三级变换链路最后一级..........................................3图表2：芯片功耗的提升通过整机、整柜、整集群层层放大，最终传导至供电链路系统....................4图表3：AI数据中心系统升级路径.................................................................4图表4：电源升级的本质是降低I²R损耗：升压降电流&近距降低电阻...................................5图表5：机柜功率提升后，传统链路的主要瓶颈从“有没有电”转为“损耗、空间、线缆、响应、交付速度”.....6图表6：Sidecar方案架构........................................................................6图表7：Sidecar能够释放更多的IT机柜空间.......................................................6图表12：中恒电气新加坡全资子公司旗下合资公司SuperX发布的两款800V直流供电旗舰产品.............9图表15：台达SST固态变压器...................................................................10图表16：阳光电源EnerNeo固态变压器...........................................................10图表17：柜内800V两种路线：Shelf级降压至50V、Tray级直降12V.................................11图表21：NVIDIA Kyber采用800V直达Compute Node、GPU附近单级降至12V...........................13图表22：ST针对AI数据中心800V架构的DC-DC解决方案...........................................13图表23：Infineon 800V→12V和±400→50V解决方案...............................................14图表24：Navitas 800V→6V GaN DC/DC PDB.......................................................14图表26：AI芯片三次电源方案分化：英伟达分立式，ASIC走向模块化................................15图表32：三次电源行业整体仍由海外及台系公司主导，厂商可大致分为芯片侧、模组侧和被动元件/PCB....17 1、AI芯片功率跃升，AI电源进入架构升级新周期 1.1从市电到GPU：AI电源系统的三级变换链路 AI电源系统本质是把电网侧高压交流电，逐级转换为GPU可用的低压大电流直流电。AI数据中心供电链路可以理解为从“高压交流”到“低压大电流直流”的逐级变换过程。电网侧通常以10kV/35kV等中压交流接入数据中心，先通过变压器、UPS/HVDC或SST等设施侧电源系统，转换为数据中心可用的直流或低压交流电；随后在机柜或服务器侧进一步转换为48V/12V等中间电压；最后在GPU/CPU/ASIC附近，通过板级VRM/POL等三次电源，把中间电压转换为芯片核心所需的约1V左右低压、大电流电源。 数据中心供电链路按电压变换层级可分为一次、二次、三次电源：一次电源为设施侧电源，负责电网到数据中心直流母线的变换，位于服务器柜内或柜外，通过AC/DC将交流电转换为800VDC、±400V或48V直流；二次电源为机柜/服务器侧DC/DC，负责高压直流到中间电，主要位于服务器内部，将800VDC、±400V或48V等电压进一步转换为服务器可用的12V；三次电源则位于GPU、CPU、ASIC周边，通过VRM/POL等将12V、6V等中间电压进一步降至芯片核心所需的约0.8—1V低压大电流，直接影响供电稳定性、瞬态响应和芯片性能释放。 来源：NVIDIA，台达，英飞凌，新雷能，国金证券研究所绘制 1.2芯片功耗跃升，推动电源技术持续升级 AI芯片迭代正在持续推高单芯片功耗。以GPU为代表，A100、H100、Blackwell、Rubin等平台功耗不断提升；同时，谷歌TPU、亚马逊Trainium等自研ASIC功耗也快速接近高端GPU水平。芯片功耗的提升并非停留在服务器内部，而是通过整机、整柜、整集群层层放大，最终传导至供电链路系统。 来源：NVIDIA，Supermicro，IDC，国金证券研究所 在这一趋势下，电源系统需要从传统低功率、分散式架构，升级为更高电压、更高效率、更高功率密度的供电体系，电源不再是后端配套，而是决定AI芯片性能释放和集群稳定运行的核心基础设施。 来源：国金证券研究所绘制 1.3电源升级的本质是降低I²R损耗：升压降电流&近距降低电阻 AIDC功率密度持续提升后，供电系统的主要约束正由单一转换效率，转向大电流传输引发的导通损耗、散热压力和工程实现难度。据NVIDIA披露，从Hopper到Blackwell，单GPU功耗提升约75%；随着NVLink计算域扩展至72颗GPU，整柜功率密度提升约3.4倍，AI机柜功率由数十kW快速迈向100kW以上，并进一步向MW级演进。在功率关系P=VI下，若供电电压V不变，功率提升将对应电流I近似同比增加；而导体损耗满足P=I²R，因此电流增加会以平方关系放大线路损耗。以12V和48V配电为例，在输送功率和线路电阻相同的情况下，电压提升4倍可使电流降至1/4，理论导通损耗降至1/16。因此，AIDC电源架构升级的核心并非单纯追求某一级转换器效率提升，而是围绕I²R损耗重新配置供电路径，通过降低电流I或路径电阻R，缓解铜耗、发热、空间和系统效率约束。 第一条路径是提高机柜及数据中心配电电压，以降低远距离输电电流。在输出功率一定时，电流满足I=P/V，提升母线电压能够同步降低电缆、铜排和连接器中的电流及I²R损耗， 并减少导体截面积需求。当AI机柜功率进一步迈向MW级，行业正由48/54V向800VDC演进。TI测算，在1MW机柜中，50V母线对应理论电流约20,000A，而800VDC仅需约1,250A，电流降至原来的1/16，有助于降低高电流母排、连接器和线缆的设计压力。NVIDIA指出，现有54V架构在机柜功率超过约200kW后面临扩展瓶颈，在1MW机柜情景下，仅机柜Busbar可能需要约200kg铜，其800VDC方案相较当前54V系统最高可实现约5%的端到端效率提升。 第二条路径是