20260311-天风证券-AI电力深度研究_|_AI能耗高速增长引发电源架构重要变革_5页_1mb

AI电力深度研究总结

核心内容

随着人工智能（AI）技术的快速发展，数据中心的功率需求呈现指数级增长。根据Precedence Research的预测，全球数据中心IT侧新增装机功率将从2024年的10.5GW增长至2030年的40.3GW。然而，电力供应的增速远远跟不上AI数据中心的增长需求，导致能源消耗成为主要瓶颈。因此，电源系统必须进行根本性改进，以支持高算力、高集成度AI芯片的运行。

主要观点

• AI数据中心电力需求激增：AI技术的广泛应用使得数据中心的功率需求持续增长，预计到2030年将增长近3倍。
• 传统供电系统面临挑战：当前的供电架构难以满足高密度、高容量、高波动和高效率的供电需求，因此需要新的解决方案。
• 高压直流（HVDC）成为趋势：随着IT机柜功率密度的提升，数据中心供电电压逐步提高，800V或+400V的HVDC系统成为主流选择。
• SST电源系统优势显著：SST电源系统作为10kV交流输入的直流不间断电源系统升级版，具备更短的供电路径、更高的效率、更小的体积、更轻的重量和更便捷的控制，同时有较大的成本下降潜力。
• 垂直供电技术（VPD）前景广阔：VPD通过将电源模块直接放置在PCB背面，实现更短的供电路径，从而降低电阻损耗、提升瞬态响应、优化信号完整性、节省主板空间并增强可扩展性。
• VPD面临工程挑战：包括散热压力、高度限制、热隔离问题以及热区重叠等，这些都需要通过先进封装、超薄磁性材料与热界面技术等手段解决。

关键信息

电力需求增长

• 2024年全球数据中心IT侧新增装机功率为10.5GW；
• 预计到2030年将增长至40.3GW；
• AI数据中心的能源消耗速度是电网新增电力速度的四倍。

VPD优势

• 更低的电阻损耗：缩短供电路径，减少I²R损耗；
• 更好的瞬态响应：减少供电路径断点，提高电流调节速度；
• 更优的信号完整性：通过PCB背面集成高频开关组件和屏蔽层，提升高速信号性能与电磁兼容性；
• 空间优化：释放主板正面空间，便于集成更多组件；
• 更高的可扩展性：减少长距离电流路由，提升系统扩展能力。

VPD挑战

• 散热压力：需采用高度集成的多层模块设计，结合先进磁芯、平面电感技术与优化的开关拓扑；
• 高度限制：VPD模块通常被限制在2mm以内；
• 热隔离问题：调节器与处理器热源分离，需创新封装设计和均热材料；
• 热区重叠：供电模块与处理器在同一区域，加剧散热难度。

行业趋势

• 高压直流（HVDC）和垂直供电技术（VPD）正在成为支撑AI数据中心供电系统变革的核心方向；
• 行业正通过技术创新推动VPD的规模化应用。

投资机会与风险提示

• 投资机会：AI时代下供电系统变革将带来显著的投资机会，尤其是围绕高压直流和垂直供电技术的产业链；
• 风险提示：
  • 人工智能发展不及预期；
  • 市场竞争加剧；
  • 新技术发展不及预期；
  • 国际贸易摩擦。

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