借助?6?kW、12?kW?和?20?kW?電源傳輸板，ST為?AI?數據中心提供?800?V?HVDC

NVIDIA 最近將 ST 認定為 NVIDIA AI Factory MGX 生態系統的貢獻者。NVIDIA MGX 是一種模塊化參考架構，可作為數百種 GPU、CPU、存儲設備等組件的基礎。得益于雙方的持續合作，ST 的 40 V、12 V 和 6 V 架構可幫助打造高密度供電板卡，并將其用于 NVIDIA MGX 機架中。簡單來說，NVIDIA MGX 通過提供一個工程師可以快速構建的基礎，加速了 AI 數據中心的創建。隨著行業向 800 V HVDC AI 數據中心 邁進，這類協作將確保平穩而快速的過渡。

NVIDIA 和 ST 將推出兩款面向 800 VDC 架構的新型電源傳輸板，這些方案基于我們在本博客文章中展示過的內容。第一款是 6 kW、850 kHz 的 LLC 轉換器，采用與 2025 年所展示系統相同的 700 V GaN 功率晶體管。不過，這一較小型號在二次側采用的是 40 V 低壓 MOSFET，而不是 100 V GaN 器件，可將 800 V 轉換為 12 V，實現 97.5% 的峰值效率和 2,500 W/in3 的功率密度。簡而言之，它是 12 kW 系統的縮小版，省去了中間的 54 V 至 12 V 轉換器。  

第二款電源傳輸板是一款 20 kW、650 kHz 的八級疊層 LLC 轉換器，初級側采用 120 V GaN 器件，二次側采用 25 V MOSFET。NVIDIA 將把它用于低功耗設備，因為它可將 800 V 輸入轉換為 6 V 輸出，峰值效率達到 96.5%。盡管其輸出電壓明顯低于 6 kW 板卡，ST 仍然保持了相近的功率效率水平。它將有助于為需要大電流但更偏好低電壓供電軌的中間電源軌供電，以提升效率，并為各類板卡和子系統中的 GPU、CPU 或內存模塊供電。 

NVIDIA 已驗證 ST 的 12 kW 電源傳輸概念驗證板，實際上已進入生產測試階段。這家 GPU 廠商甚至在由 Open Compute Project 組織的 OCP 2025 峰會上展示了由 ST 設計的完整原型。我們還將發布一份關于面向下一代 AI 數據中心的高密度電源傳輸解決方案白皮書，以幫助工程師理解驅動我們電源傳輸板的原理，以及我們如何實現如此高的功率密度。該文檔涵蓋拓撲結構、設計考量、寬禁帶晶體管以及優化方法等諸多內容。

ST 是 NVIDIA 推出 800 V 機架內電源分配新計劃的關鍵合作伙伴。  

這得益于 ST 的高密度電源傳輸板（PBD），它可在小型化外形中承載 12 kW 功率。憑借 ST 在 SiC 和 GaN 功率技術、STGAP 硅嵌入式電氣隔離 IP，以及我們先進的模擬和數字處理能力方面的最新進展，我們正在為數據中心開啟一個新時代。這使 NVIDIA 能夠減少線纜體積并提升效率。我們的合作意味著，在數據中心歷史上，我們首次能夠以超過 98% 的效率持續傳輸 12 kW 電力，并在 50 V 輸出下實現超過 2,600 W/in3 的功率密度。  

NVIDIA 為什么甚至會考慮使用 800 V？  

重新思考不可持續的模式  

數十年來，依賴 48 V 電源分配系統的典型 15 kW 機架一直能夠輕松滿足數據中心在處理器、內存和存儲方面的需求。然而，隨著 AI 的出現以及依賴 GPU 的應用大規模爆發、并需要龐大的架構來實現極致并行性，系統架構師如今面臨著設計功率需求介于 600 kW 到 1 MW 之間機架的挑戰。不言而喻，功耗的巨大增長需要一種全新的方法。舉例來說，若要以 48 V 傳輸 600 kW，將需要高達 12,500 A 的驚人電流！僅僅想象一下為應對此情況所需的電纜、母排和散熱器尺寸，就足以讓一些工程師“暈過去”。  

展望電力分配的未來  

800 V 是 AI 數據中心的必然選擇  

因此，最明顯的解決方案是提高輸入電壓，以減少所需電流。這將自動顯著減少線纜和母排的使用。它還會減少交流電網與機架直流電源分配之間的轉換步驟。事實上，在另一篇相關文章中，NVIDIA 認為轉向 800 V 相比當前的 54 V 系統可將效率提升高達 5%。簡而言之，在許多人關注超大規模數據中心可持續性的當下，轉向 800 V 是在滿足更高 AI 創新技術需求的同時，顯著提升資源利用率的最佳方式之一。  

然而，挑戰在于開發一種能夠將 800 V 轉換為中間母線、再由該母線生成 GPU 核心電壓的電源分配系統，同時還要適配適用于服務器機架的緊湊外形。這里的空間限制至關重要，因為機架采用標準尺寸。不幸的是，器件靠得太近會加劇電磁干擾和散熱管理問題。因此，工程師必須找到一種方案，在保持緊湊外形的同時應對這一顯著更高的電壓。800 V 系統還需要一套全新的隔離與接地系統。同樣，保護機制和故障處理也會變得完全不同。NVIDIA 因此尋求 ST 提供解決方案。  

ST 如何在 2,600 W/in3 的條件下實現 12 kW？  

滿足熱插拔要求  

為應對 800 V 機架固有的挑戰并滿足熱插拔要求，我們的團隊設計了兩個部分：熱插拔保護電路和功率轉換器。第一部分采用我們的 1,200 V 碳化硅（SiC）器件以及帶有電氣隔離功能的 BCD（BIPOLAR-CMOS-DMOS）控制器。2021 年，IEEE 認定 ST 為 BCD 系列硅工藝的發明者。BCD 可將模擬與數字元件相結合，有助于提升電源管理解決方案的效率和可靠性。同樣，ST 在碳化硅器件方面擁有近 30 年的經驗，并且是首批將其推廣至電動汽車的廠商之一。因此，我們過往的經驗使我們能夠很好地應對這一新挑戰。  

優化初級側  

 STGAP 器件  

第二部分是 DC-DC 轉換器，它將機架內的 800 V 轉換為每臺服務器所需的 50 V。為了在如此小的空間內實現這一能力，ST 在初級側采用了堆疊半橋配置中的 650 V 氮化鎵（GaN）晶體管，以及 STGAP 電氣隔離柵極驅動器。得益于其 3.4 eV 的寬禁帶和 1,700 cm2/Vs 的電子遷移率，GaN 具有獨特特性，能夠實現較低的輸出電容和更低的導通電阻，使其成為應對如此高頻操作的理想材料。  

優化二次側  

在二次側，ST 使用了較低電壓的 GaN 晶體管（100 V）、低壓柵極驅動器以及我們的 STM32G4 微控制器。得益于其分辨率低于 200 皮秒的定時器，該 MCU 能夠實現與此類轉換所需開關頻率相匹配的高性能控制。同樣，借助 STGAP 器件的能力，ST 可以將電源轉換器的初級側和二次側完全隔離，從而保護其免受電磁干擾和其他可能破壞如此緊湊外形的異常事件影響。  

將變壓器拆分為兩組各四個更小的變壓器  

除了選擇合適的器件外，ST 還需要應對極其嚴苛的空間限制，這意味著必須縮小磁性器件尺寸。尤其是 10 kV 隔離會占用原本分配給變壓器的空間。為了減少變壓器所用的磁性器件，我們將傳統更大的全橋拓撲分成兩組并聯工作的四個更小的整流全橋。通過將變壓器分成兩組，我們可以減少進入磁芯的磁通量并分散散熱。此外，通過使用這四個更小的全橋，我們能夠采用更小的鐵氧體磁芯，從而縮小整個變壓器的尺寸。  

這份器件與拓撲方案清單充分證明了 ST 多年來積累的深厚專業能力，也使我們的解決方案獨具特色。許多廠商不得不從其他供應商處采購這些部件，而我們能夠提供完整的一體化內部解決方案，這對優化工作有著顯著幫助。這種新的 800 V 電源分配架構也凸顯了緊湊封裝、最小化寄生電感以及雙面散熱的重要性。的確，若器件采用較大且未優化的封裝，這種小型化外形將不可能實現。然而，由于 ST 始終致力于以最小封裝提供器件，我們成為了 NVIDIA 的重要合作伙伴。  

從整體來看  

業界正在探索構建更高效超大規模 AI 基礎設施的方法，但并非所有人都在走同一條路線。例如，有些正在探索 ±400 V 系統。憑借我們的專業能力和產品組合，我們可以非常輕松地復用在功率轉換器方面的工作，并適配不同的功率需求。本質上，ST 已經能夠服務所有希望提升其 AI 數據中心效率和可持續性的公司。  

NVIDIA 的公告與合作具有重要意義。NVIDIA 已經批準了我們的概念驗證，接下來我們將著手制造這些板卡用于測試。這一里程碑彰顯了合作如何改變數據中心格局，并帶來幾年前還難以想象的效率提升。NVIDIA 的 800 V HVDC 架構與 ST 的電源分配板代表著數據中心的一個新時代。