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title: "您的數據中心的電力架構發出了警告。它對此感到不滿"
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description: "高壓直流（HVDC）電力架構的轉變在數據中心變得至關重要，因為人工智能和 GPU 集羣的電力需求不斷上升。傳統的 12V 和 48V 系統無法滿足每個機架所需的數百千瓦，導致顯著的電阻損耗和基礎設施挑戰。將配電電壓提高到 400V 或 800V 可以減少電流並提高效率，從而最小化電力損耗。Nvidia 的 800VDC 架構承諾減少 45% 的銅材使用，解決了人工智能機架環境中的熱量和結構限制"
datetime: "2026-03-16T03:45:48.000Z"
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# 您的數據中心的電力架構發出了警告。它對此感到不滿

特徵超大規模計算建立在確定性的基礎上。多年來，12V 和 48V 機架架構以穩定的 50–54 VDC（直流電壓）為主導，完美設計以適應每個機架 10–15 kW 的功率密度。這些系統是經過精細調校的機器，圍繞通用 CPU 和存儲服務器的可預測、穩態需求進行了優化。基礎設施是穩定的，數學是確定的。

然後，加速計算出現了，徹底打破了整個遊戲規則。

GPU 集羣和 AI 加速器不再遵循舊規則。它們不再要求 15 kW，而是每個機架需要數百千瓦，這一數量級的躍升是傳統電氣和熱架構從未設計能夠承受的。幾十年來，數據中心設計中固有的舒適假設如今變成了負擔，行業面臨着無法再推遲的清算。

例如，Nvidia GB200 NVL72 機架級系統需要每個機架 120 kW。在這些功率水平下，低電壓配電的物理特性面臨挑戰。以 48V 提供 120 kW 的要求需要超過 2.5 kA 的電流。要在一個機架內處理數千安培的電流，意味着需要厚的母線、重的銅質量、過熱的連接器、顯著的電阻損耗和可維護性問題。

AI 推動行業超越了 48V 的舒適區，限制因素是安全高效地傳輸電流。解決這一問題的一個新興方案是提高配電電壓（400V 或 800V），這在相同功率水平下減少了電流。這就是為什麼行業現在正在向下一代 AI 工廠轉向高壓直流（HVDC）電力架構。

### 48V 電力配電的挑戰

讓我們談談電流平方問題和電阻損耗。由於功率損耗與電流的平方成比例，即使是小幅度的電流減少也會導致效率顯著提高。電力配電效率受焦耳電阻損耗（Ploss = I²R）控制。

在這個方程中，功率損耗與電阻線性相關，但與電流的關係是平方關係。這為維持低配電電壓帶來了非線性劣勢，因為功率需求增加時，固定低電壓下提供該功率所需的電流上升，從而導致更高的損耗。

對於 NVL72 機架系統，母線必須能夠處理約 192 kW 的峯值電功率，對應超過 3.8 kA。即使在優化的母線電阻為 0.1 mΩ（0.0001 Ω）的情況下，這在整個機架高度上實現多個接頭接口是困難的，電阻損耗仍然顯著。使用焦耳電阻損耗，電阻損耗達到 625 W。

然而，在實際部署中，電阻包括接觸接口、電纜終端和內部架子阻抗。所有這些因素使得複雜配電中的總路徑電阻趨向於 0.5 mΩ或更高。在 0.5 mΩ時，損耗增加到 3125 W。

相比之下，對於等效的電力配電路徑電阻，處理 150 A 的 800V 場景損耗為 2.25 W。即使我們假設高壓基礎設施使用電阻為 1 mΩ的更細連接器，損耗仍然僅為 22.5 W。轉向 800V 將配電損耗減少了幾個數量級。因此，在不損失千瓦的情況下，它們可以用於計算，而不是用於加熱母線。

### 銅過載和接觸電阻

導體的載流量是指導體在超過其温度額定值之前能夠承載的最大電流，這取決於橫截面積。隨着電流密度的增加，導體的橫截面積必須增大以維持可接受的熱限制。

為了在 48V 下承載 2.5 kA，OCP Open Rack v3（ORv3）規格依賴於一個巨大的、重的、實心銅母線。承載如此高電流的母線將非常沉重。這對數據中心基礎設施施加了嚴重的結構負荷，並佔用了空氣流通和液體冷卻所需的空間。

Nvidia 聲稱，800VDC 電力配電架構與傳統配置相比可減少多達 45% 的銅。在 AI 機架的密集環境中，空氣流通或液體冷卻爭奪空間，電力傳輸所佔的體積是一個關鍵限制。

連接器物理學是接觸電阻的第三個障礙。當電流上升時，機械接口上的電壓降增加。這導致局部熱量產生。在 2.5 kA 時，接觸電阻僅 0.1 mΩ的降級會導致 625 W 的局部熱量產生。

### 新的電力層級

電力層級分為四個層次。在頂部（公用事業配電），電力以中壓交流電（通常約 13.8 kV）進入。這個電力水平與傳統設施相似，其中高壓交流電在遠距離傳輸電力時效率高。關鍵的變化是數據中心接下來發生的事情。新的設計旨在將交流電轉換為直流電一次，然後進行分配，而不是在多個地方進行多次轉換和降壓。

在設施層面，新的方法是進行集中式的交流到直流轉換，輸出為高壓直流。通過在源頭附近整流為直流，數據中心可以消除許多中間的交流/直流轉換，從而提高效率和可靠性。

這一概念在 Nvidia 800VDC 解決方案中得到了強調。他們建議將 13.8 kV 交流電源轉換為 800VDC，並在數據中心內進行 800VDC 的配電。更少的轉換階段簡化了備份。例如，電池系統可以直接連接到直流母線。

在今天的先進機架中，它們使用 48-54 VDC 母線。在 ORv3 中，每個機架有一個或多個電源架，接收設施的交流電（或直流電），並輸出 50V 直流電到服務所有服務器的母線。典型的 ORv3 電源架是一個 1U 單元，提供高達 15 kW 或 18 kW 的總功率，多個電源架可以並聯以支持更高的機架負載。

例如，Eaton 的 ORv3 電源架在 1U 中提供 18 kW，並連接到 48V 母線。這種架構相比 12V 機架有了顯著的改進。然而，隨着 AI 機架現在目標為 100+ kW，即使是 48V 的 ORv3 也接近其實際極限。未來的高壓直流機架可能會接受 800V 的輸入，並使用高效的 DC/DC 轉換器將電壓降至 48V 或 12V 的水平。

最終，每個服務器或加速器板必須轉換為芯片使用的低電壓。高電流電壓調節模塊接受 12V 或 48V 輸入，併為處理器生成低於 1V 的電壓。隨着機架分配電壓的上升，板載電源電子設備的負擔也在增加。這就是氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）器件在前端 DC/DC 和中間母線轉換器中越來越多使用的原因。

例如，Navitas Semiconductor 宣佈了用於 Nvidia 800VDC AI 架構的新 GaN 和 SiC 組件，以提高從電網到 GPU 的效率和功率密度。

然而，今天的 AI GPU 工作負載在毫秒內可以消耗大量電力，因為神經網絡的不同層與硬件交互。一次推理可能會在某一時刻讓機架中的 72 個 GPU 處於空閒狀態，然後突然每個 GPU 都達到其最大功率，以便同步進行全歸約操作。這些瞬時負載變化帶來了超出提供大功率的挑戰。

在機架規模上，許多 GPU 同時運行可能會導致複合瞬態，其中電流和電壓在電力分配網絡中波動。因此，工程師擔心當 GPU 在微秒內從 0 負載躍升至 100% 負載時，板上的 48V 或 12V 電壓下降，或者母線和電纜上的 dI/dt 感應效應導致瞬時電壓下降。

為了緩解這些突發情況，工程師們越來越多地將能量存儲視為架構的一個重要組成部分。Nvidia 表示，處理負載峯值和亞秒級 GPU 功率波動的能量存儲解決方案是其 800VDC 機架戰略的一部分。

### 從 ORv3 到 800V

當前一代數據中心電力架構是從以 12V 主板為中心的分配向 48V 機架級分配的顯著提升，具有模塊化和高效的特點。超大規模數據中心和 OCP 成員廣泛採用 ORv3，顯示出一個龐大的 48V 電源架、母線和兼容服務器的生態系統。

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ORv3 機架已成為 AI 部署的支柱，支持 80 到 100+ kW 的擴展和 48V 電力分配的重並行化。例如，Meta 和 Microsoft 已圍繞 48V 機架設計達成共識，如 OCP 貢獻所示。

Nvidia 對 OCP 的最新貢獻展示了一種增強型 48V 母線設計，額定電流約為每段 1400 A，突顯出社區如何從低電壓架構中提取額外的餘量。這些努力也表明，我們在電流和熱量方面接近低電壓分配的極限。

下一個合乎邏輯的步驟是開發更高電壓的直流分配標準。我們正處於一個過渡期，許多機架將繼續使用 48V 一段時間，但針對大規模 AI 計算的新建機架已經在規劃高壓直流（HVDC）。Eaton、Vertiv 和 Delta 等公司正在開發兼容 800V 的整流器、轉換器和電源電子設備，以應對這些變化。®

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