數(shù)據(jù)中心，電力告急！

數(shù)據(jù)中心建設(shè)正如火如荼，算力始終緊缺，存力也存在缺口，而另一個(gè)同樣重要卻未獲得足夠關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)—— 電力，也面臨著緊張局面。

高盛在一份最新報(bào)告中表示，美國在AI領(lǐng)域面臨的最大障礙并非芯片、稀土或人才，而是電力。

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數(shù)據(jù)中心，需要多少電？

眾所周知，英偉達(dá)GPU很耗電。

微軟數(shù)據(jù)中心技術(shù)治理和戰(zhàn)略部門首席電氣工程師曾發(fā)布一則數(shù)據(jù)：以英偉達(dá)單個(gè)GPU為例，H100 GPU峰值功耗為700瓦，一小時(shí)耗電0.7度，一年按61%的使用時(shí)間計(jì)算，全年將耗電3740度，相當(dāng)于一個(gè)美國家庭的平均功耗（假設(shè)每個(gè)家庭2.51人）。2024年英偉達(dá)的H100 GPU銷量大約是150萬塊-200萬塊，當(dāng)數(shù)百萬塊 H100 部署完畢時(shí)，其總功耗將超過美國亞利桑那州鳳凰城所有家庭的用電量。

數(shù)據(jù)中心的用電量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅如此。

除了GPU，數(shù)據(jù)中心中還有大量的設(shè)備，比如服務(wù)器（還包含CPU等部件）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、冷卻系統(tǒng)和照明等，這些設(shè)備無一不需要持續(xù)供電。其中數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)是能耗的主要組成部分之一，總耗電量占到38%以上(有的甚至高達(dá)50%)。傳統(tǒng)的空氣冷卻系統(tǒng)效率較低，而高效的冷卻技術(shù)，如直接芯片制冷和浸沒式液冷，雖然節(jié)能，但成本較高。

OpenAI總裁山姆·奧特曼曾發(fā)表預(yù)測，AI算力增長跟摩爾定律差不多，也就是每10年增加100倍。未來20年會(huì)增加1萬倍，那么它對能量的需求也會(huì)增加1萬倍（為計(jì)算簡單，假設(shè)芯片的能耗與現(xiàn)在一樣）。那么到2050年，全球人工智能的耗電量至少需要130萬億度。作為對比，到2050年，除人工智能之外的人類用電量大約在30萬億度及以上。

基于這樣的矛盾，一些初創(chuàng)公司開始從芯片端探索數(shù)據(jù)中心用電問題的解決方案。英特爾前CEO Pat Gelsinger 與 NXP 前CEO Richard L. Clemmer分別加入了兩家數(shù)據(jù)中心電源芯片的初創(chuàng)公司。

02

前任CEO們，下場了

英特爾前CEO加盟PowerLattice

近日，備受矚目的芯片初創(chuàng)公司 PowerLattice宣布，前英特爾首席執(zhí)行官帕特·基辛格(Pat Gelsinger) 將加入其董事會(huì)。這一消息引發(fā)了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，標(biāo)志著在解決數(shù)據(jù)中心能耗問題上，PowerLattice邁出了關(guān)鍵一步。

同時(shí)，該公司宣布已完成新一輪2500萬美元的融資，包括PlaygroundGlobalCelestaCapital等知名風(fēng)投機(jī)構(gòu)的參與，預(yù)示著其技術(shù)潛力受到資本市場的認(rèn)可。

PowerLattice是一家由高通、NUVIA和英特爾等公司資深電子工程師于2023年創(chuàng)立的初創(chuàng)公司，該公司致力于研發(fā)一種名為“芯片組”（chiplet）的小型計(jì)算機(jī)芯片，旨在更高效地為計(jì)算機(jī)供電。這種芯片組被設(shè)計(jì)成緊貼計(jì)算機(jī)處理器，從而減少計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳輸?shù)哪芰繐p耗。該公司聲稱，這項(xiàng)技術(shù)能夠使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在保持相同計(jì)算能力的情況下，功耗降低50%以上。

基辛格表示："當(dāng)前的技術(shù)難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)高效的電力傳輸——能攻克這一挑戰(zhàn)的團(tuán)隊(duì)可謂鳳毛麟角。"

目前，PowerLattice的首批芯片已由臺(tái)積電生產(chǎn)，并正在與一家未具名的制造商合作進(jìn)行功能測試。該公司計(jì)劃于2026年上半年將產(chǎn)品提供給其他客戶進(jìn)行測試，潛在客戶包括英偉達(dá)、博通、AMD等主要芯片制造商，以及多家專業(yè)人工智能芯片開發(fā)商。

NXP前CEO Richard L. Clemmer加入Empower

Empower的團(tuán)隊(duì)陣容同樣強(qiáng)大。其CEO來自英飛凌，首席技術(shù)官曾在ADI任職。在D輪融資后，董事會(huì)還迎來了NXP Semiconductor NV的前任首席執(zhí)行官兼總裁Richard L. Clemmer。此外，Lumentum全球銷售高級(jí)副總裁John Bagatelos及Maverick Silicon的管理合伙人和創(chuàng)始人Andrew C. Homan也宣布加入Empower。

Empower的核心技術(shù)是其專利的IVR技術(shù)，該技術(shù)將多個(gè)組件集成到單個(gè)IC中，提高了效率的同時(shí)將面積減小了10倍。Empower表示，其技術(shù)可用于手機(jī)、5G、人工智能和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，能夠以前所未有的簡單性、速度和準(zhǔn)確性提供強(qiáng)大的電源。

Empower 的創(chuàng)始人兼 CEO Tim Phillips 表示，將在未來幾個(gè)季度，用這些技術(shù)在人工智能市場掀起浪潮，實(shí)現(xiàn)千兆瓦級(jí)別的能源節(jié)省，同時(shí)提高全球數(shù)據(jù)中心AI平臺(tái)的吞吐量。

今年9月，Empower完成了由富達(dá)管理研究公司領(lǐng)投的1.4億美元D輪融資。

電源管理雖然聽起來枯燥，但影響的卻是整個(gè) AI 基礎(chǔ)設(shè)施的效率和成本。“省下就是賺到”，對于數(shù)據(jù)中心的耗電問題來說，的確如此。

在人工智能技術(shù)快速迭代的浪潮下，AI服務(wù)器作為算力支撐的核心硬件，其電源系統(tǒng)正迎來結(jié)構(gòu)性變革。

03

AI電源芯片，火速升溫

業(yè)內(nèi)人士向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫表示，傳統(tǒng)電源的峰值功率能力較弱，通常只能短時(shí)間承受100%-120%的額定功率，并且對功率驟變的響應(yīng)相對較慢，可能導(dǎo)致電壓不穩(wěn)甚至系統(tǒng)重啟。但AI電源需承受200% 的峰值功率超載，以及180%的峰值功率，對瞬時(shí)功率突變的響應(yīng)速度極快，能確保電壓穩(wěn)定，避免崩潰。

普通電源（如PC、家電所用）主要追求穩(wěn)定輸出與成本控制，其負(fù)載相對可預(yù)測，因此所需的電源管理芯片功能較為基礎(chǔ)，側(cè)重于AC/DC轉(zhuǎn)換、電壓調(diào)節(jié)（如LDO）、開關(guān)控制等，技術(shù)成熟且選擇廣泛，代表廠家有德州儀器（TI）、英飛凌（Infineon）、意法半導(dǎo)體（ST）和安森美（Onsemi）等。

AI電源則面臨極端挑戰(zhàn)：其核心計(jì)算單元（如GPU）功耗動(dòng)輒數(shù)百瓦且瞬時(shí)電流變化巨大。這就要求AI電源必須具備極高的功率密度和超快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，以防電壓瞬間跌落導(dǎo)致芯片計(jì)算錯(cuò)誤。因此，其所需的PMIC是高性能、數(shù)字化的多相控制器和智能功率級(jí)（DrMOS），它們能以納秒級(jí)速度協(xié)同工作，為每一相GPU核心精確分配電力。在這方面，英飛凌、MPS（芯源系統(tǒng)）和TI 是頭部企業(yè)，為高端AI加速卡和服務(wù)器主板提供主要解決方案。

AI 負(fù)載激增下，傳統(tǒng)服務(wù)器電源系統(tǒng)不堪重負(fù)，高功率、高效率、高智能化成為電源芯片技術(shù)的攻堅(jiān)核心。

國內(nèi)的AI電源芯片企業(yè)包括晶豐明源、杰華特、芯聯(lián)集成、圣邦股份、芯朋微等。

11月，晶豐明源正式推出第二代Smart DrMOS及配套Vcore電源解決方案。該產(chǎn)品通過工藝與封裝的升級(jí)，在質(zhì)量、效率和功率密度方面實(shí)現(xiàn)提升。上半年，其高性能計(jì)算電源芯片業(yè)務(wù)收入同比暴漲419.81%，出貨量增長121.49%。

杰華特覆蓋AC-DC、DC-DC、BMS等40余條子產(chǎn)品線的完整布局。芯聯(lián)集成的55nm BCD集成DrMOS芯片通過客戶驗(yàn)證，第二代高效率數(shù)據(jù)中心電源管理平臺(tái)獲關(guān)鍵客戶導(dǎo)入。圣邦股份信號(hào)鏈與電源管理模擬芯片核心技術(shù)持續(xù)突破，部分產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)國際領(lǐng)先水平。芯朋微則聚焦工業(yè)市場爆發(fā)，其48V輸入數(shù)模混合高集成電源芯片、大功率工控芯片等產(chǎn)品在服務(wù)器與通信設(shè)備領(lǐng)域快速滲透。

根據(jù)中金公司數(shù)據(jù)顯示，AI服務(wù)器電源市場的規(guī)模預(yù)計(jì)將在 2025年至2027年期間實(shí)現(xiàn)快速增長。其中，模組和芯片市場的復(fù)合年增長率（CAGR）預(yù)計(jì)將分別達(dá)到 110%和 67%。這表明，隨著AI技術(shù)的快速發(fā)展和 AI服務(wù)器需求的持續(xù)增長，對高性能、高效率電源的需求將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

核心受益環(huán)節(jié)包括：PSU（電源供應(yīng)單元）、PDU（配電單元）、BBU（備用電池單元）以及 DC-DC（PDB+VRM）等器件。

04

800V高壓直流，AI電源的未來

“Token數(shù)增加10倍，所需的計(jì)算量輕松達(dá)到原來的100倍。”英偉達(dá)CEO黃仁勛在2025年GTC大會(huì)上的斷言，揭示了AI算力需求爆發(fā)式增長對基礎(chǔ)設(shè)施的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

GaN/SiC，逐漸滲透。隨著AI服務(wù)器對電源功率密度的要求持續(xù)攀升，傳統(tǒng)硅基解決方案已無法完全滿足需求。第三代半導(dǎo)體材料GaN與SiC則憑借高壓、高頻、低損耗特性，成為替代傳統(tǒng)硅器件的核心選擇。

SiC MOSFET因具備1200V乃至更高耐壓且高頻特性優(yōu)秀，已成為服務(wù)器電源前端AC-DC變換的首選器件。在PSU的前端AC-DC變換中，典型拓?fù)淙鐭o橋圖騰柱PFC和有源三電平整流等，都需要高耐壓低損耗的開關(guān)器件。

GaN則憑借其更高的電子遷移率和低開關(guān)損耗，在高頻應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色。德州儀器通過將GaN功率電晶體與驅(qū)動(dòng)器整合在單一封裝內(nèi)，有效縮短回路、降低雜訊，讓系統(tǒng)更穩(wěn)定地運(yùn)行在MHz以上的高頻。

預(yù)計(jì)2030年，數(shù)據(jù)中心PSU市場規(guī)模將攀升至141億美元，年復(fù)合增長率約15.5%。考慮到AI服務(wù)器的功率遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，高于3kW的高功率PSU的市場占有率將提升至80%，至2030年達(dá)到115億美元。臺(tái)達(dá)、光寶、華為合計(jì)占據(jù)50%的PSU市場。寬禁帶模塊滲透率方面，基于SiC、GaN的高功率PSU將從2025年10%提升至約24%，市場規(guī)模約33.84億美元。其中臺(tái)達(dá)、光寶、華為以及康舒、村田、TDK、聯(lián)想均已配有SiC、GaN相關(guān)PSU產(chǎn)品。

如果說第三代半導(dǎo)體是AI電源變革的“燃料”，那么800V高壓直流（HVDC）架構(gòu)則是決定其發(fā)展方向的“羅盤”。

2025年，英偉達(dá)在白皮書中首次將中壓整流器和固態(tài)變壓器（SST）作為未來的供電方案參考，推動(dòng)行業(yè)從傳統(tǒng)電力架構(gòu)向更高效、更適配AI算力需求的高壓直流配電架構(gòu)邁進(jìn)。

800V HVDC架構(gòu)的優(yōu)勢十分顯著：通過“DC-to-Chip”直流直供模式，將轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)從4-5次減少至1-2次，系統(tǒng)端到端效率最高可提升至98.5%，銅材用量能減少45%以上。

英偉達(dá)提出的800VDC方案包括三種路徑：白色空間改造方案（過渡方案）、混合電力方案（可行方案）以及中壓整流器或固態(tài)變壓器方案（未來方案）。

從市場商業(yè)化進(jìn)展來看，國內(nèi)外頭部企業(yè)均在推動(dòng)HVDC 技術(shù)落地與生態(tài)構(gòu)建。國內(nèi)方面嗎，阿里從2018 年開始招標(biāo)，騰訊于2025 年招標(biāo)；國外Meta 普羅米修斯計(jì)劃可能在2026 年，谷歌正在推動(dòng)±400V標(biāo)準(zhǔn)化。