人工智能计算的增长正在推动新的数据中心电源架构

大规模人工智能模型的快速增长正在从根本上改变数据中心基础设施。传统数据中心主要用于数据存储和通用计算，服务器机架功率通常保持在5-10kW之间。在这种情况下，48V/54V低压直流电源系统就足够了。

然而，人工智能工作负载引入了高密度计算的新时代。随着先进GPU平台的部署，AI服务器对功率水平的要求显着提高，机架密度达到数百千瓦，下一代AI计算设施的功率需求接近兆瓦级。

功率密度的增加暴露了传统低压供电系统的局限性。

根据电学关系P = V × I，当电压保持较低时，更高的功率需求需要更高的电流。由于传输损耗如下P_loss = I²R，电流过大会导致热量产生增加、导体变大以及能量损失增加。

对于兆瓦级人工智能机架，低压架构带来了几个挑战：

• 超大电缆和母线：极高的电流需要很大的导体截面，增加了材料消耗、安装难度和结构负荷。
• 更高的热损失：大电流会增加功率损耗，产生额外的冷却要求并降低数据中心的整体效率。
• 有限的机架空间：多个电源转换级占用了宝贵的机架空间，减少了高性能计算硬件的空间。

为了克服这些限制，800V 高压直流 (800V HVDC)正在成为人工智能数据中心的下一代电源解决方案。

通过提高配电电压，800V HVDC 显着降低了电流需求，同时保持相同的功率输出。这可以实现更紧凑的电力传输系统、更低的电力损耗以及更高密度的人工智能基础设施部署。

为什么 800V HVDC 正在成为人工智能基础设施的未来标准

电动汽车、先进半导体技术和全球人工智能基础设施的联合发展为向 800V HVDC 的过渡提供了支持。

电动汽车应用成熟的高压供应链

汽车行业已经加速了800V高压系统的商业化。领先的电动汽车制造商已开发出成熟的供应链，涵盖：

• 高压功率元件；
• 连接器和端子；
• 铜母线；
• 绝缘材料；
• 热管理解决方案。

这些技术提供了宝贵的经验和制造能力，可适应人工智能数据中心电力系统。

SiC 和 GaN 技术提高功率转换效率

包括碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 在内的第三代半导体技术的进步进一步支持了 800V HVDC 的采用。

与传统硅基器件相比，SiC 功率组件具有：

• 更高的转换效率；
• 更好的高压性能；
• 更小的系统尺寸；
• 改进的热管理。

这些优势使得整流器、电源模块和未来的固态变压器 (SST) 解决方案变得更加紧凑。

AI基础设施正在向高压配电迈进

随着人工智能计算集群的不断扩展，数据中心运营商和基础设施提供商正在探索更高电压的电源架构以支持未来的 GPU 平台。

800V HVDC 可实现：

• 更高的机架功率密度；
• 减少功率转换级；
• 更高效的能源分配；
• 提高大型人工智能计算园区的可扩展性。

800V HVDC数据中心架构的三阶段演进

800V HVDC 的采用将逐步发展，具体取决于设施是升级现有站点还是建设新的人工智能园区。

1. Sidecar电源架构——灵活的升级方案

Sidecar架构是目前现有数据中心最实用的方法之一。

通过将服务器机架外部的电源转换单元移至专用侧装机柜中，该设计减少了大型设施改造的需要，同时支持高密度人工智能机架。

主要优点包括：

• 更快的部署；
• 对现有布局的影响最小；
• 支持高功率AI工作负载；
• 提高机架空间利用率。

2、房间级800V直流集中配电

对于新建的人工智能数据中心，集中式电源转换预计将成为首选方法。

在此架构中，交流电在房间或设施级别转换为 800V 直流电，并通过高压直流母线系统分配到各个机架。

好处包括：

• 整体效率更高；
• 减少转换损失；
• 简化配电；
• 更轻松地扩展大规模AI集群。

3. 基于固态变压器（SST）的架构

800V HVDC 的未来发展可能会集成基于 SiC 的固态变压器技术。

通过直接将中压交流电转换为 800V 直流电，SST 系统可以进一步简化电源链并减少转换级数。

潜在的好处包括：

• 更高的能源效率；
• 占地面积更小；
• 降低运营成本；
• 为未来人工智能数据中心扩展提供更大的灵活性。

高功率铜母线：800V HVDC 系统中的关键组件

尽管800V HVDC提高了电力传输效率，但可靠的大电流配电仍然依赖于先进的导体解决方案。

从集中式整流柜和直流母线槽到 Sidecar 电源装置和机架级 GPU 供电，高性能铜母排是整个配电链的重要组成部分。

对于 800V HVDC 应用，铜母线必须满足多项苛刻要求：

高导电率和载流能力

兆瓦级人工智能机架仍然需要极高的电流传输。铜母线必须提供：

• 低电阻；
• 高电流容量；
• 高效散热；
• 长期可靠运行。

高压绝缘保护

与传统低压应用相比，800V系统需要更严格的绝缘和安全标准。

先进的绝缘技术，例如：

• PVC浸涂；
• 环氧粉末涂料；
• 热缩绝缘；
• 复合绝缘解决方案；

有助于提高介电强度并降低电击穿风险。

紧凑型人工智能基础设施的定制设计

不同的AI电源架构需要不同的母线结构。

通过精密弯曲、冲压、层压和焊接工艺，定制铜母线可以针对以下方面进行优化：

• 800V边车系统；
• 集中式直流母线分配；
• 液冷AI机架；
• 未来基于 SST 的电源架构。

适用于 AI 电力基础设施的定制铜母线解决方案

凭借在高压电气连接解决方​​案方面的丰富经验，RHI提供定制化服务大功率铜排专为下一代 800V HVDC 应用而设计。

利用高导电性 T2 铜、精密 3D 弯曲、挤压成型和绝缘工艺（包括 PVC 浸涂和环氧粉末涂层），RHI 制造定制铜母线，专为要求严格的 800V HVDC 配电应用而设计，这些应用需要：

• 大电流传输；
• 安装紧凑；
• 热性能；
• 高压绝缘安全。

从使用Sidecar架构的现有数据中心升级，到基于集中式800V配电和SST技术的未来AI园区，定制铜母线将在构建高效、可扩展、可靠的AI计算基础设施方面发挥关键作用。