近期 芯科技圈 在學習瑞薩電子技術專家 Pietro Scalia 在APEC 2026 聚焦 AI 時代數據中心從電網到芯片端的全鏈路供電架構革新。
(2)功耗規模指數級擴張：英偉達 Blackwell、Rubin 系列 GPU 單機功耗持續走高，單系列年新增 XPU 功耗達數 GW 級別，傳統數據中心單機柜、整園區供電容量瀕臨上限，常規 AI 數據中心功耗可達 100MW。
(3)傳統 48V 直流架構損耗高、擴展性差：主流 415V 交流轉 48V、再逐級降壓至芯片核心電壓的多級轉換架構，鏈路層級多、導通損耗大，難以適配兆瓦級機柜供電需求，功率密度與轉換效率觸及天花板。
(4)供電架構標準分化與兼容難題：頭部云廠商、芯片企業分別主推不同高壓直流標準，行業尚未形成統一方案，增加基礎設施改造與設備兼容成本。
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目前各家大廠提出的主流方案：
報告核心方向為全面切換至 800V 高壓直流（HVDC）供電架構，搭配Sidecar Rack（側邊供電機柜） 實現供電與計算負載解耦，結合 SiC、GaN 等寬禁帶功率器件、新型 DC-DC 拓撲、垂直供電（VPD）等技術，重構 “電網 - 機房 - 機柜 - 芯片” 全鏈路供電體系，分階段完成從傳統架構向 800V HVDC 的迭代，同時推出多拓撲、多標準兼容方案適配不同廠商路線。
01 SoC 芯片電流發展趨勢
算力芯片電流呈現顯著分化，AI 類 XPU 峰值電流增長速度大幅領先傳統 CPU，受黃氏定律驅動，AI 算力性能每 1~1.5 年翻倍，遠快于摩爾定律三年翻倍的節奏，進一步推高供電系統負載壓力。
不同芯片熱設計電流占比存在差異：CPU 熱設計電流約為峰值電流的 50%~70%，AI 芯片約 70%，網絡芯片高達 90%，這意味著 AI 與網絡芯片長期處于接近峰值電流的工作狀態，對功率器件長期可靠性提出嚴苛要求。
02 XPU 整體功耗增長趨勢
以英偉達產品為例，Blackwell Ultra GPU 單機功耗規模龐大，Rubin 系列 GPU 將進一步實現功耗同比翻倍，核心原因是 Chiplet 架構采用裸片復用設計，單卡算力與功耗同步飆升。
僅 XPU 單品年新增功耗就達到數 GW 級別，若疊加 CPU、互聯鏈路等配套器件，整體系統功耗再增加 30% 以內；當前中型 AI 數據中心功耗可達 100MW，等效十萬戶家庭用電，現有電網與機房配電設施承壓嚴重。
行業參照：常規核反應堆功率約 1.5GW，小型模塊化反應堆（SMR）低于 300MW，微型反應堆低于 20MW，側面印證大型 AI 算力集群對超高功率供電基礎設施的剛需。
03 傳統 “電網到芯片” 供電架構
傳統架構采用多級交流 + 低壓直流逐級降壓路線：13.8kV~35kV 高壓市電經變壓器、傳統 UPS 轉為 415V 交流電，再通過 PSU 轉為 48V 直流，經 IBC 轉為 12V，最終降壓至 GPU 核心 0.6V 低壓，鏈路層級繁多，功率轉換損耗逐層累積。
該架構以硅基功率器件為主，僅在部分環節少量使用 SiC、GaN，受制于 48V 低壓母線特性，傳輸損耗高、單機柜功率上限低，無法支撐下一代兆瓦級 AI 計算機柜的部署。
計算機柜集成 BBU 電池備份單元與網絡鏈路單元，功能集成度高但供電擴容靈活性差，負載波動時電壓穩定性不足。
04 800V 直流 + 側邊機柜初代架構
架構核心革新：引入Sidecar Rack 側邊供電機柜，將 UPS、PSU、儲能單元從計算機柜剝離，計算機柜僅保留后端 DC-DC 轉換與負載，實現供電單元與計算單元物理解耦。
鏈路變化：市電轉換后統一輸出 800V 高壓直流，計算機柜內部僅完成 800V 轉 12V、12V 轉 0.6V 兩級降壓，大幅減少轉換級數，從根源降低線路損耗與器件發熱。
器件升級：全面擴大 SiC、GaN 寬禁帶器件應用范圍，搭配專用隔離驅動、熱插拔控制器，適配 800V 高壓工況，提升高壓下的系統安全性與轉換效率。
05 基于固態變壓器（SST）的 800V 直流架構
遠期終極架構引入固態變壓器（SST） 與儲能系統（ESS），徹底替代傳統工頻變壓器，直接將高壓市電轉換為 800V 直流，精簡前端配電鏈路，適配超大型數據中心規模化部署。
該架構為 2028 年及以后的長期演進方向，計算機柜仍保留 BBU 備用電池，瑞薩可提供配套 GaN 器件支撐備用電源模塊設計，全鏈路高壓化進一步壓縮整體供電體積、提升功率密度。
06 側邊機柜（Sidecar Rack）演進路線
分三階段演進：現階段復用現有機房交流基礎設施；2026 年全面落地 800V HVDC 側邊機柜方案；
2028 年以后取消獨立側邊機柜，由 SST 直接輸出 800V 直流至計算機柜，實現配電架構極簡。
側邊機柜集成 PSU、BBU 鋰電池備份單元、CBU 超級電容緩沖單元三大核心模塊，其中超級電容主要用于削峰填谷，抵消 AI 負載瞬時波動對電網的沖擊。
硬件矩陣：側邊機柜核心依賴高壓 SiC 開關管、GaN 功率管、MCU 控制器、隔離驅動芯片等器件，瑞薩可提供全系列配套元器件。
07 計算機柜供電架構演進
電壓轉換時序迭代：2026 年主流為 800V→54V→12V→0.6V；2027 年簡化為 800V→12V→0.6V；2029 年引入 IVR（集成電壓調節）技術，鏈路進一步優化為 800V→3.3V/2V→0.6V，開關頻率從 1MHz 以內提升至 10MHz 以上。
功率模塊細分：800V 高壓段采用 SiC JFET、高壓 GaN FET；中低壓段搭配低壓 GaN 與 MOSFET，同時配套多相控制器、智能功率級、負載點轉換器（POL），分層匹配不同電壓區間的效率與功率密度需求。
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