AI工作負載的指數級增長正在增加數據中心的功率需求。傳統的54 V機架內配電專為千瓦（KW）-scale 機架設計，無法支持即將進入現代AI 工廠的兆瓦（MW）-scale機架。

從2027 年開始，NVIDIA 正在率先向800 V HVDC數據中心電力基礎設施過渡，以支持1 MW 及以上的IT 機架。為了加速采用，NVIDIA 正在與數據中心電氣生態系統中的主要行業合作伙伴合作，包括：

●   芯片提供商：Infi neon、MPS、Navitas、ROHM、STMicroelectronics、Texas Instruments

●   動力系統組件：Delta、Flex Power、Lead Wealth、LiteOn、Megmeet

●   數據中心電力系統：Eaton、Schneider Electric、Vertiv

該計劃將推動創新，旨在為新一代AI 工作負載建立高效、可擴展的供電，以確保提高可靠性并降低基礎設施復雜性。

1   傳統機架電源系統的極限

如今，AI 工廠的機架依賴于54 V DC 電源，其中笨重的copper busbars 將電力從機架式電源架傳輸到計算托盤。當機架功率超過200 kilowatts 時，這種方法開始達到物理極限：

●   空間限制：如今的NVIDIA GB200 NVL72 或NVIDIA GB300 NVL72 配備多達八個電源架，為MGX計算和交換機架提供動力支持。使用相同的54 V DC 直流配電意味著，在MW 規模下，Kyber 的電源架將消耗高達64 U 的機架空間，沒有任何計算空間。在GTC2025 大會上，NVIDIA 展示了一臺800 V 的邊車，可在單個Kyber 機架中為576 個Rubin Ultra GPU 提供動力支持。另一種方法是為每個計算機架使用專用電源機架。

●   銅纜過載：在單個1 MW 機架中使用54 V DC的物理特性需要多達200 千克的銅母線。單單1 GW 數據中心的機架式母線就需要多達50 萬噸銅。顯然，當前的配電技術在GW 數據中心的未來是不可持續的。

●   低效轉換：整個電力鏈中重復的AC/DC 轉換不節能，并會增加故障點。

圖1 當前的Data Center電源架構

2   800 V HVDC革命

NVIDIA 800 V HVDC架構通過全面重新設計來應對這些挑戰。NVIDIA 正在與數據中心能源生態系統合作，研究實現這一概念所需的創新和變革。

圖2 NVIDIA 800 V HVDC架構可更大限度地減少能源轉換

3   電網到電力機房

傳統的數據中心配電涉及多次電壓轉換，這可能會導致效率低下并增加電氣系統的復雜性。通過使用工業級整流器，在數據中心周邊將13.8 kV AC 網電源直接轉換為800 V HVDC，消除了大多數中間轉換步驟。這種簡化的方法可更大限度地減少能源損失，這些損失通常發生在多個AC/DC 和DC/DC 轉換期間。

這種方法還顯著減少了電源鏈中需要的帶風扇的電源單元（PSU）的數量。更少的PSU 和風扇可提高系統可靠性、降低散熱并提高能效，從而使HVDC 配電成為現代數據中心更有效的解決方案，并顯著減少組件總數。

通過單步AC/DC 轉換，該系統可受益于更直接、更高效的電源流，從而降低電氣復雜性和維護需求。要全面提供可能的過流保護可靠性和維護收益，仍需要創新。HVDC還可降低傳輸損失并提供更好的電壓穩定性，確保向關鍵基礎設施持續供電，同時降低銅纜成本和總體材料成本。這種設計可以提高運營效率，同時簡化數據中心電源架構。

4   行級電源管理

在配電中，使用800 V 總線通道并從415 V AC 切換到800 V DC，可通過相同的導體尺寸多傳輸85% 的功率。出現這種情況的原因是，較高的電壓會降低電流需求，降低電阻損耗并提高功率傳輸效率。

“使用較低的電流，較薄的導體可以處理相同的負載，從而將銅纜需求降低45%。此外，DC 系統還可消除AC 特有的低效現象，例如蒙皮效應和無功功率損失，從而進一步提高效率。通過采用800 V DC 配電，設施可獲得更高的功率容量、更高的能效和更低的材料成本。”

5   IT機架實施

“通過采用直接800 V 輸入，計算機架可以高效地處理電源傳輸，而無需依賴集成的AC/DC 轉換階段。這些機架接受兩條800 V 導體饋送，并利用計算機架中的DC/DC 轉換來驅動GPU 設備。消除機架級AC/DC轉換元件可騰出寶貴空間來處理更多計算資源，從而實現更高密度的配置并提高散熱效率。與需要額外電源模塊的傳統AC/DC 轉換相比，直接800 V 輸入可簡化設計，同時提高性能。”

IT機架的800V HVDC配電以及GPU的12V DC/DC轉換

6   800V HVDC的主要優勢

可擴展性：使用相同的數據中心電力基礎設施，支持功率在100kW到1MW以上的機架，從而實現無縫擴展。

效率：與當前的54V系統相比，端到端效率提升高達5%，確保更高的能源利用率。

銅纜減少：與傳統的415 V AC 或480 V DC 架構相比，800 V HVDC 可顯著減少數據中心主干的電流、銅纜用量和熱損耗。

可靠性：傳統的IT 機架式PSU 依靠過度配置來減少機時間，但這會導致頻繁的維護周期來更換出現故障的模塊。雖然集中式電源轉換可提高系統可靠性，但在HVDC 系統中，故障檢測和可維護性是關鍵的創新領域。

IT 機架式PSU 的空間限制會造成散熱挑戰，導致在成本和長期可靠性之間做出權衡。將Power Conversion從機架中移出可降低這些風險。

面向未來：旨在滿足1MW機架的要求，能夠隨著數據中心需求的發展高效擴展到更高功率的機架。

7   應對設施級HVDC的挑戰

雖然高壓直流架構在過去曾進行過試點，但由于技術和部署方面的挑戰，其廣泛采用受到了限制。如今，AI驅動的機架密度、電源轉換的進步以及圍繞電動汽車（EV）充電標準建立的工業基礎的融合正在改變這一格局。

在設施層面部署800 V HVDC 給安全、標準和員工培訓帶來了新的挑戰。NVIDIA 及其合作伙伴正在積極研究基于傳統Transformer 的和固態Transformer（SST）方法的CapEx 和OpEx 以及安全影響，以實現這一過渡。

8   前進之路

800V HVDC不僅僅是當今的機架，而是面向未來的AI基礎設施。2027 年，800 V HVDC 數據中心將與NVIDIA Kyber機架級系統同步全面投產，確保為要求日益嚴苛的AI 模型提供無縫可擴展性。

幫助數據中心基礎設施處理負載峰值和次秒級GPU功率波動的能源存儲解決方案是800 V HVDC 架構的一部分。敬請關注，了解更多詳情。

由于AI 工作負載每次查詢所需的計算量增加了100 倍到1000 倍，因此該架構可實現持續增長，同時通過提高效率、可靠性和系統架構改進將總體擁有成本（TCO）降低高達30%。

9   主要效率提升

●   端到端能效提升高達5%

●   由于PSU 故障減少，組件維護的人工成本降低，維護成本最多可降低70%

●   無需在IT 機架內配備AC/DC PSU，從而降低散熱費用

NVIDIA 不僅在構建速度更快的GPU，還在重新設計整個功率堆棧，以充分發揮AI 的潛力。超高效、MW-scale AI 工廠的時代由此開始。

（本文來源于《EEPW》202601）