電動汽車向800V架構的轉型加速了寬禁帶半導體的商業(yè)化進程，帶來了更長的續(xù)航里程、更快的充電速度和更高的電驅動效率。與此同時，AI數據中心正被推向越來越高的功率等級，以支持未來幾代AI訓練和推理。數據中心行業(yè)正直接從電動汽車電力電子中汲取靈感，致力于開發(fā)由寬禁帶電力電子創(chuàng)新賦能的HVDC（800VDC）數據中心。
過去十年間，電動汽車行業(yè)已成為電力電子的主導應用領域。大多數電力電子企業(yè)多年來以汽車行業(yè)為主要收入來源，電力電子創(chuàng)新也主要圍繞優(yōu)化電驅動系統(tǒng)的效率和性能展開。然而，過去兩年間，電力電子一級供應商的汽車業(yè)務收入逐漸陷入停滯，原因包括政府激勵措施減少，以及面臨高度垂直整合的中國電動汽車制造商的日益激烈競爭。
雖然IDTechEx仍預測電動汽車市場長期增長，但許多企業(yè)正在尋找替代的、增長中的電力電子應用領域。數據中心，尤其是AI數據中心，正是一個快速增長且快速創(chuàng)新的市場，碳化硅和氮化鎵等寬禁帶半導體的采用率正在上升，以支持越來越強大、功耗越來越高的AI訓練模型。根據IDTechEx在《Power Electronics Market 2026-2036: Data Centers, Electric Vehicles, and Renewables》市場報告中的預測，數據中心的電力電子市場到2036年將增長2.5倍。
未來幾年，數據中心供電架構將迎來一場范式轉變——HVDC（800VDC）數據中心將實現(xiàn)機架功率的指數級增長。這一供電架構的全面革新，直接受到了800V電動汽車電力電子的影響——從所用材料到高壓安全與保護機制。
AI數據中心遭遇瓶頸，轉向電動汽車電力電子尋求靈感
2022年11月，ChatGPT將人工智能從科幻帶入了現(xiàn)實世界。此后，AI日益成為主流，領先的AI軟件企業(yè)已投入數十億美元用于開發(fā)更復雜、更強大的AI模型。GPU行業(yè)為適應更先進的訓練模型而快速發(fā)展。每一代新服務器都需要輸送更多電力，而現(xiàn)有的數據中心機架架構已無法支持英偉達下一代“Vera Rubin Ultra”服務器。
機架功耗已從ChatGPT出現(xiàn)前的約20kW激增至如今的100kW，預計到本年代末將超過1MW。 在傳統(tǒng)的硅基電力電子和480/54V數據中心架構下，一個1MW機架需要將整個機架空間用于功率轉換，并且需要超過200公斤的銅。
數據中心效率一直是且仍將是數據中心設計的關鍵考量。數據中心功率密度——即單位體積處理的功率量——將成為AI數據中心設計日益關鍵的指標。
在《Power Electronics Market 2026-2036: Data Centers, Electric Vehicles, and Renewables》報告中，IDTechEx追蹤了數據中心領域兩個關鍵發(fā)展：寬禁帶半導體的采用和800VDC數據中心架構。而這兩者都直接得益于電動汽車的技術創(chuàng)新。
800V電動汽車架構：寬禁帶半導體驅動的效率飛躍
800V電動汽車架構于2019年隨著保時捷Taycan開始商業(yè)化，并已逐步推廣至性能車型，并越來越多地覆蓋經濟型車型。采用800V平臺的兩個主要驅動力是更快的充電速度和減少線纜重量及I2R損耗，從而提升電動汽車的整體效率。
向800V的轉變離不開寬禁帶半導體（尤其是SiC）的改進和商業(yè)化。在800V電壓下，SiC相較于傳統(tǒng)硅IGBT和硅MOSFET的效率提升顯著，足以抵消SiC功率半導體的成本溢價。
由于電動汽車占據了電力電子市場的大部分收入份額，電力電子創(chuàng)新圍繞電動汽車和電驅動系統(tǒng)展開，涵蓋SiC和GaN技術。這推動了兩種寬禁帶材料的顯著商業(yè)化和成本降低，同時也驗證了其在嚴苛環(huán)境中的長期可靠性及其在高壓應用中相對于硅的材料優(yōu)勢。
寬禁帶與HVDC創(chuàng)新為下一代AI訓練與推理提供面向未來的數據中心
得益于寬禁帶半導體市場的技術創(chuàng)新和商業(yè)化——主要由電動汽車驅動——寬禁帶技術在數據中心電力電子領域的應用已經加速。英飛凌和納微半導體等領先電力電子企業(yè)的8kW和12kW電源供應單元參考設計中，高壓轉換級和功率因數校正采用SiC，低壓轉換級采用GaN。
憑借更低的電壓轉換和高達MHz級開關頻率的可能性，GaN在數據中心中的材料優(yōu)勢極具吸引力；GaN在數據中心中的采用速度可能比在電動汽車中更快。 在數據中心中轉向寬禁帶半導體可帶來效率提升，但更重要的是，SiC和GaN器件尺寸更小，電容和電感等無源器件尺寸也得以縮減，從而顯著提高功率密度。
正如寬禁帶半導體使電動汽車向800V架構轉型成為可能，它們也將推動AI數據中心向800VDC/HVDC過渡。 由于800V架構已有先例，且相關的安全評估和流程可從電動汽車改造應用于數據中心，HVDC數據中心架構的開發(fā)可以借鑒現(xiàn)有的電動汽車供電架構經驗。向800VDC的過渡預計將簡化和面向未來地優(yōu)化數據中心架構。 更少的功率轉換級和更低的I2R損耗將提高數據中心效率，更少的故障點降低了宕機風險。最重要的是，800VDC數據中心架構能夠向服務器機架輸送更高的功率，支持未來GPU世代和AI訓練模型。
電力電子應用之間的相互關聯(lián)使市場更加復雜。一個應用的創(chuàng)新可以直接影響另一個應用的大規(guī)模變革。在IDTechEx的報告中，跨行業(yè)的材料、制造和器件架構創(chuàng)新均被納入考量，為整個電力電子行業(yè)提供了清晰的圖景。
圖：預計未來五年內AI數據中心單機架功率需求將增長。為適應這些變化，電動汽車電力電子的關鍵創(chuàng)新正被引入數據中心行業(yè)。
信息來源： power electronics magazine
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