800V高压直流架构破局！英伟达掀起 AI 数据中心电力革命 --知识铺

生成式 AI 引发的算力爆炸式增长，让沿用多年的低压供电架构成为技术迭代的关键桎梏。数据中心的单机架部署全力运转的数百颗AI芯片，功率需求将轻松突破兆瓦级，这一数字直接戳中了传统数据中心供电系统的痛点。在此背景下，英伟达协同生态伙伴推进的 800V 高压直流（HVDC）供电架构计划，正以一场电力传输革命破解困局，为 AI 工厂的规模化落地扫清障碍，更标志着全球 AI 基础设施进入 “算力 - 电力” 深度协同的新时代。

行业困局：传统供电架构的三重枷锁

长期以来，AI 工厂的机架采用 54 伏直流配电模式，依靠厚重的铜母线将电力从机架式电源架输送至计算托盘。但当机架功率突破 200 千瓦，这种传统方案便开始触及物理性能的极限。随着AI时代大模型训练对算力需求达到千倍级增长，单机架功率从传统的几十千瓦跃升至兆瓦级，传统架构的物理极限愈发凸显。

**空间占用成为首要难题：**以英伟达现有 GB200 NVL72 系统为例，需配备多达八个电源架，若沿用 54V 架构，兆瓦级的 Kyber 机架仅电源设备就将占用 64U 空间，彻底挤压计算设备的部署空间。

**铜材消耗更是触目惊心：**单个 1 兆瓦机架采用 54 伏直流供电时，仅铜母线就多达 200 公斤。若按此推算，一座 1兆瓦级数据中心仅机架母线的用铜量就高达 50 万吨。在全球铜资源紧张的背景下，当前的配电技术已难以为继。

**转换效率低下：**电力传输链中反复的交直流转换不仅导致能效损耗，更增加了故障点，使系统可靠性面临严峻挑战。

▲ 图示. 当前数据中心电源架构

“当 AI 工作负载每个查询的计算需求增长 100 到 1000 倍时，传统供电系统已成为算力释放的枷锁。” 英伟达数据中心电力架构负责人在 GTC 2025 大会上直言，行业亟需一场从底层设计出发的电力革命。

技术破局：800V 高压直流架构

英伟达提出的 800V HVDC 架构，通过对电力传输全链路的重构，系统性解决了传统架构的痛点。该架构采用 “单步转换、直流传输” 的核心设计，从电网到计算设备仅需两次能量转换，较传统架构减少了至少三次转换环节，大幅降低了能量损耗。

▲ 图示. NVIDIA 800 VDC架构最大限度地减少了电力转换

电网到配电室：传统数据中心配电涉及多次电压转换，既会导致效率低下，又增加电气系统的复杂性。通过使用工业级整流器在数据中心外围将13.8千伏交流电网电力直接转换为800伏直流电力，可省去大多数中间转换步骤，最大程度减少多次AC/DC、DC/DC转换造成的能量损耗，能效可提升最高 5%。单步交直流转换的设计带来更直接高效的功率流，降低电气复杂性与维护需求，这样既能提升运营效率，又能简化数据中心电力架构。

面向整行机柜的行级电源管理：在配电系统中采用 800V 母线槽并将 415V 交流电转为 800V 直流电，相同导体尺寸下传输功率可提升 85%。因电压升高降低电流需求，减少电阻损耗，且更细导体即可承载同等负载，铜材需求减少 45%；同时直流系统消除交流特有的集肤效应、无功功率损耗等低效问题，最终实现设施功率容量提升、能效优化与材料成本降低。

IT机架实施：计算机架采用 800V 直接输入，无需集成 AC/DC 转换环节即可高效供电。机架通过双导体接收 800V 电力，在内部经 DC/DC 转换驱动 GPU 设备。省去机架级 AC/DC 转换元件，可腾出空间容纳更多计算资源，实现更高密度配置并提升散热效率。相比需额外电源模块的传统 AC/DC 转换，800V 直接输入既简化设计，又提升性能。

▲ 图示：向IT机架的800伏直流配电以及为GPU进行的直流/直流到12伏的转换

这套架构在多维度展现显著优势：可扩展性上，同一电力设施能支持 100kW 至 1MW + 机架功率需求，实现无缝扩容；效率较 54V 系统提升达 5%，能源利用更优；铜耗减少，较传统 415VAC/480VDC 架构，显著降低数据中心主干的电流、铜用量及热损耗；可靠性方面，既解决了传统机架电源因过度配置导致的频繁维护问题，通过集中功率转换提升稳定性，又能将转换环节移出机架以降低空间限制引发的散热风险，但在直流配电系统的故障检测与可维护性仍需突破；同时具备前瞻性，可适配 1MW 机架需求并随数据中心功率增长高效扩展至更高等级，更能将总拥有成本（TCO）降低 30%、维护成本减少 70%，为超大规模 AI 部署提供经济可行的解决方案。

为加快普及800伏直流数据中心电力基础设施的转型，NVIDIA正与数据中心电力生态系统中的主要行业合作伙伴开展合作，其中包括：

• **芯片供应商：**ADI（亚德诺半导体）、英飞凌、英诺赛科、MPS（芯源系统）、纳微半导体、安森美、瑞萨电子、罗姆半导体、意法半导体、德州仪器

• **电力系统组件：**台达、伟创力电源、利伟集团、光宝科技、麦格米特

• **数据中心电源系统：**伊顿、施耐德电气、维谛技术

800V高压直流架构合作的生态协同在硬件层面已形成实质性突破。英伟达与意法半导体合作研发的 12kW 配电概念验证板，在手机大小的配电板上实现了 2600W/in³ 的功率密度，能效超过 98%。该方案采用意法半导体的碳化硅器件、STGAP 电隔离专利和氮化镓晶体管堆叠架构，通过变压器拆分设计大幅缩减了磁性元器件尺寸，成功解决了高压转换与紧凑空间的兼容难题，为 800V 架构的机架级落地提供了关键支撑。

▲ 图示：STGAP产品

未来展望：开启兆瓦级 AI 工厂新时代

2027 年，英伟达 Kyber 机架级系统与 800V HVDC 架构将同步进入大规模量产，超高效、兆瓦级 AI 工厂的时代将正式到来。这套架构不仅能应对当前 AI 工作负载的需求，更具备未来适配能力，可随着数据中心功率需求的增长持续升级。

储能解决方案的融入将成为下一阶段的重点突破方向，通过储能系统应对 GPU 负载的亚秒级波动和电网峰值压力，进一步提升系统稳定性。同时，固态变压器（SST）技术的应用将进一步简化架构，降低资本支出和运营成本，推动数据中心向更高效、更安全的方向发展。

这场电力革命的影响远不止于技术层面。英伟达通过重构数据中心电力标准，正从单一的芯片供应商向全栈 AI 基础设施解决方案提供商转型，将硬件优势延伸至基础设施领域，进一步巩固其在 AI 生态的主导地位。对于整个行业而言，800V HVDC 架构的普及将推动数据中心 PUE 降至 1.1 以下，为全球 AI 基础设施的低碳化发展提供关键支撑，在算力增长与环境保护之间找到平衡。

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