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AI电源升级的两场战役：从柜外到柜内

核心内容概述

随着AI芯片（如GPU和ASIC）功耗的持续提升，传统的低压供电架构已难以满足需求。AI电源系统正在经历从“设施侧”到“芯片侧”的架构升级，主要通过前端升压降电流和后端近距降电阻两条路径实现。本文详细分析了AI电源系统的升级逻辑、技术演进路径以及投资建议。

主要观点与关键信息

一、AI芯片功率跃升推动电源架构升级

• AI芯片功耗不断提升，从单芯片到整柜、整集群层面形成叠加效应。
• 电源升级的核心在于降低I²R损耗，即减少电流和路径电阻。
• 传统低压供电体系（如48V/54V）面临导通损耗、散热压力、线缆空间等瓶颈。
• 电源不再是后端配套，而是决定AI芯片性能释放和集群稳定运行的核心基础设施。

二、AI电源升级的两场战役

第一场战役：前端升压降电流

• 目标：通过提升供电电压，降低远距离传输电流，从而减少线路损耗。
• 路径：
  • Sidecar：兼容现有480Vac基础设施，通过独立机柜实现800VDC快速导入。
  • 巴拿马：中压侧高度集成，推动MW级供电快速交付。
  • SST：中压直转800VDC，重构长期供电架构，具有更高功率密度和效率。
• 优势：
  • 降低铜耗与发热；
  • 减少线缆及空间需求；
  • 提升系统效率（如NVIDIA方案效率提升约5%）。

第二场战役：后端近距降电阻

• 目标：缩短低压大电流传输路径，降低PDN电阻，提升供电稳定性与瞬态响应。
• 路径演进：
  • Shelf级方案：800VDC进入机柜后，通过DC/DC转换降至50V，适配现有服务器架构。
  • Tray级方案：将800VDC进一步直降至12V/6V，贴近GPU/ASIC，减少中间转换层级。
  • 模块化电源：如DrMOS、芯片电感、MLCC电容等元件集成，提升功率密度。
  • 垂直供电（VPD）：将电源模块直接放置于芯片背面，缩短供电路径。
  • IVR/SIVR：未来可能将电压调节器集成至封装或芯片内部，进一步降低PDN阻抗。

三、技术演进趋势与关键器件

• 高频化：为了压缩磁性器件体积，开关频率提升至接近1MHz。
• 氮化镓（GaN）：在高频、高效率、小型化需求下，成为800V板级电源转换的首选器件。
• 模块电源：相比分立式电源，模块电源在成本、性能、空间利用和可靠性方面更具优势。
• 供电架构：
  • 传统横向供电（LPD）存在铜耗高、散热差、空间占用大等问题。
  • 垂直供电（VPD）和集成式供电（IVR/SIVR）是未来趋势。

四、产业链受益环节

• 一次电源：包括PSU、HVDC Power Rack、SST等，推动高压直流化。
• 二次电源：包括Shelf/Tray级DC/DC转换器，推动800V向板级下沉。
• 三次电源：包括VRM/POL、DrMOS、电容、电感、PCB等，受益于低压大电流和模块化趋势。
• 核心受益公司：涉及GaN器件、高频电源模块、模块电源厂商、高端磁性元件制造商等。

投资建议

• AI电源升级是技术驱动型趋势，建议关注：
  • 受益于技术迭代的电源及零部件公司；
  • 800VDC相关产品的厂商，如Sidecar、SST、巴拿马架构；
  • 高频高变比DC/DC及氮化镓器件的领先企业；
  • 模块化电源与垂直供电方案的提供商。

风险提示

1. 资本开支不及预期：若AI算力基础设施建设放缓，将影响电源需求。
2. 800VDC渗透不及预期：若机柜功率密度提升不及预期，传统方案仍可能主导。
3. 芯片功率提升不及预期：若芯片功耗增长放缓，可能削弱电源升级的紧迫性。
4. 客户认证及订单放量不及预期：新产品需经历多轮测试与认证，若进度滞后，可能影响业绩兑现。
5. 行业竞争加剧与供应链风险：随着市场扩大，竞争可能加剧，关键元器件供应紧张或成本上升可能影响盈利能力。

技术演进路径总结

总结

AI电源升级是应对芯片功耗提升、整柜功率密度增加的必然选择，其核心在于降低I²R损耗。从柜外到柜内，电源系统正在经历由高压直流化（800VDC）向近芯片供电的演进，推动电源技术从传统低压架构向更高功率密度、更高效率、更高集成度方向发展。未来，GaN器件、高频DC/DC模块、垂直供电架构将成为行业重点发展方向，相关产业链企业有望受益。