MW級機(jī)架與超節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心正演變成“新物種”

中美算力，。2026年GW（吉瓦）級數(shù)據(jù)中心上線，2027年MW（兆瓦）級機(jī)架服役，正在成為行業(yè)共識。算電協(xié)同并不僅發(fā)生在數(shù)據(jù)中心外部，更深刻的變化還在其內(nèi)部展開。

數(shù)據(jù)中心由此演化成“新物種”。它最突出的特征，是端到端的高壓直流配電體系，以及不同層級的儲能與冷卻系統(tǒng)；它們都圍繞MW級機(jī)架的極高功率密度需求而展開。面對發(fā)生在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的創(chuàng)新，中國與美國幾乎站在同一起跑線。

AI基礎(chǔ)設(shè)施的競爭，已經(jīng)從芯片延伸到機(jī)架級系統(tǒng)架構(gòu)。目前，為英偉達(dá)貢獻(xiàn)更多營收增長的已經(jīng)不再是獨(dú)立的GPU，而是以NVL72為代表的機(jī)架級系統(tǒng)；后者還包括網(wǎng)絡(luò)等業(yè)務(wù)，上一季度收入增速超過計算業(yè)務(wù)。黃仁勛很早就認(rèn)識到“AI工廠”的重要性，那是將能源轉(zhuǎn)化為token的地方。于是，英偉達(dá)對下一代機(jī)架的參考設(shè)計，一開始就將數(shù)據(jù)中心的供電分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）也納入了進(jìn)來。

它就是Kyber架構(gòu)。黃仁勛已經(jīng)在今年的GTC與OCP峰會上，數(shù)次。英偉達(dá)改變的不僅僅是它的GPU數(shù)量的堆疊，而是將電力提升至與芯片同等重要的地位，讓電力更高效地轉(zhuǎn)化為token。

本質(zhì)上，這一變化也是算力需求趨勢驅(qū)動的。在英偉達(dá)看來，AI的演化是一場持續(xù)的擴(kuò)展，從GPU升級到AI基礎(chǔ)設(shè)施，它需要縱向、橫向以及跨域的擴(kuò)展。尤其是縱向擴(kuò)展，已成為當(dāng)前平衡AI工作負(fù)載的關(guān)鍵路徑。隨著稀疏架構(gòu)中專家（Expert）數(shù)量與通信需求不斷攀升，芯片和節(jié)點(diǎn)規(guī)模同步擴(kuò)大，機(jī)架級計算與超節(jié)點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生。

在芯片算力性能與機(jī)架算力密度提升的雙重推動下，單個機(jī)架的功率密度也因此迅速攀升，幾乎每年都在翻倍。2020年，基于Amper架構(gòu)芯片的單機(jī)柜功率約為10kW。在上個月的OCP峰會上，無論是提供AI算力的英偉達(dá)、AMD，還是提供電力的松下與臺達(dá)電子（Delta）等，都確信會在2027年前后，迎來1MW級別的單一機(jī)架。這相當(dāng)于短短七年間，單機(jī)架的功率密度增長了約100倍。機(jī)架功率密度的“摩爾定律”很快將進(jìn)一步升級至2MW甚至4MW。

這是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供配電體系的一次顛覆。在OCP峰會上，臺達(dá)電子稱，如果單個機(jī)架的功率達(dá)到1MW，那么，如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的54V（伏特）供電，電流將達(dá)到20,000A（安培），這是極其巨大的電流，會帶來線路損耗、散熱和短路等安全問題。

即使技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上也不可行。屆時，為單個機(jī)架供電的銅母線將達(dá)到200公斤。如果GW級數(shù)據(jù)中心遍地崛起，作為多個國家指定的關(guān)鍵礦產(chǎn)，銅的供應(yīng)將面臨風(fēng)險。能量密度越來越高數(shù)據(jù)中心，不僅在改變著電力系統(tǒng)，。

歐美科技巨頭的共識，是引入端到端的高壓直流方案。英偉達(dá)的Kyber機(jī)架，描繪的是端到端的800V高壓直流（HVDC）方案；甚至，在英偉達(dá)看來，800V還不是終點(diǎn)，未來很可能達(dá)到1500V。而目前微軟、谷歌與Meta共同打造的Mt. Diablo配電架構(gòu)，采用±400VDC配電方案，也可支撐機(jī)1MW級機(jī)架功率。

此外，MW級機(jī)架的橫向擴(kuò)展就是GW級數(shù)據(jù)中心。它們都將放大AI計算負(fù)載的波動性。在英偉達(dá)的設(shè)想中，儲能仍然是核心關(guān)注點(diǎn)，既有機(jī)架本地儲能，也有長時儲能（如BESS系統(tǒng)），分別應(yīng)對動態(tài)功率波動、電壓調(diào)節(jié)，以及電網(wǎng)響應(yīng)和無功功率支撐；不同的儲能技術(shù)在不同時間尺度下各有優(yōu)勢。

英偉達(dá)選擇800V的理由是，電壓過低就無法在數(shù)據(jù)中心級高效配電，電壓過高則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器和保護(hù)器件體積過大。而且，800V直流的理念并非全新，電動汽車充電、光伏系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，海運(yùn)業(yè)也有現(xiàn)成設(shè)備。這意味著這套方案供應(yīng)鏈相對成熟，存在規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。臺達(dá)電子則稱，800V直流配電的美妙之處，在于可以輕松接入光伏或燃料電池等可再生能源。這加深了數(shù)據(jù)中心與新型電力體系的協(xié)同演進(jìn)關(guān)系。

不過，這一套供應(yīng)鏈仍然是全球化的。在今年的COMPUTEX上，英偉達(dá)成立800V高壓直流供應(yīng)商聯(lián)盟，其中功率模塊領(lǐng)域的核心參與者，包括中國大陸企業(yè)麥格米特（Megmeet），也包括在大陸擁有產(chǎn)能的臺達(dá)電子、偉創(chuàng)力（Flex Power）、領(lǐng)益（Lead Wealth）、光寶科技（LiteOn）。而目前成熟的儲能量產(chǎn)，主要仍然由中國與韓國企業(yè)主導(dǎo)。難怪OpenAI向白宮建議，通過稅收優(yōu)惠、財政支持，用AI基礎(chǔ)設(shè)施牽引實(shí)現(xiàn)國家層面的再工業(yè)化。

盡管中國單卡性能仍然與英偉達(dá)存在“納米級”的差距，但華為、阿里與中科曙光等，都在尋求單柜算力密度的突破，MW級機(jī)架只是時間問題。其中，磐久AL128超節(jié)點(diǎn)服務(wù)器支持高達(dá)350kW供電能力和500kW散熱能力；曙光scaleX640超節(jié)點(diǎn)自研的浸沒式相變液冷先進(jìn)方案，已經(jīng)可以滿足“一拖二”千卡級計算單元共1.72MW的散熱能力。脫胎于華為的服務(wù)器企業(yè)超聚變，推出單柜集成128個AI加速卡的超節(jié)點(diǎn)，供電能力達(dá)240kW。

不過，面對這些數(shù)據(jù)中心“新物種”，突出的問題之一，是如何解決數(shù)據(jù)中心折舊與關(guān)鍵IT設(shè)備折舊的時間錯配問題。數(shù)據(jù)中心往往建成后可以穩(wěn)定運(yùn)營20年，而GPU等關(guān)鍵IT設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行5年就需要更換。一方面，大量存量數(shù)據(jù)中心需要升級，以適配越來越功率密集的機(jī)柜，另一方面，在投建增量數(shù)據(jù)中心的時候，同樣需要考慮到提前留足設(shè)計冗余，至少它要是可擴(kuò)展的。

除當(dāng)前的傳統(tǒng)方案外，英偉達(dá)對未來的“AI工廠”的供配電體系，設(shè)想了三個演進(jìn)階段。傳統(tǒng)方案（下圖紅色部分）中的配置，可以逐步過渡（橙色或黃色部分），或者最小化改動，僅從交流配電體系切換到直流配電體系，或者進(jìn)一步用儲能系統(tǒng)替代UPS備電功能。

而最徹底的變革（綠色部分），則是端到端集成的800V直流架構(gòu)，通過引入固態(tài)變壓器（SST），基于其電力電子開關(guān)（IGBT、SiC MOSFET 等）控制電流、電壓和頻率，以靈活適配不同負(fù)載；它大幅壓縮了電流轉(zhuǎn)換的層級與復(fù)雜度，減少傳統(tǒng)配電設(shè)備占用的空間，從而進(jìn)一步提升計算設(shè)備在數(shù)據(jù)中心的空間占比。

2026年，數(shù)據(jù)中心的“新物種”，將在AI基礎(chǔ)設(shè)施與新型電力體系的協(xié)同演進(jìn)中，發(fā)揮越來越關(guān)鍵的作用。