數據中心電源架構

國際能源署（IEA）的數據指出，2023年NVIDIA芯片的電力消耗已達7.3TWh，預估至2026年，這一數字將飆升至2023年的十倍。相較于傳統服務器電源96%的轉換效率，AI服務器電源需達到97.5%-98%的高標準，以降低能量損耗并支撐更高功率密度的GPU。

AI模型與GPU技術的迭代促使AI服務器電源的功率密度不斷提升。以H100服務器機架為例，10.2kW的功率需要配備19.8kW的電源。NVL72機架的120kW功率則要求198kW的電源模塊。AI服務器電源的功率密度可達100W/in3，遠超普通服務器電源的50W/in3。

數據中心三級電源轉換

圖源：MPEL

UPS

即不間斷電源（Uninterruptible Power Supply）是一種含有儲能裝置的不間斷電源。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺電穩壓器，同時它還向機內電池充電。當市電意外中斷時，UPS立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續供應電能，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受電網波動而造成損壞。

AC/DC（powershelf）轉換器

將電網的交流電轉換為適合服務器使用的50V直流電。AC/DC電源模塊包含電源模塊（PSU）和電源管理控制器（PMC）。

PSU（電源供應單元）：PSU負責將來自電網的交流電（AC）轉換為伺服器電子組件所需的直流電（DC）。PSU的效率很關鍵，它會直接影響整體的能源消耗和散熱需求，高效的PSU可以延長DC電源的壽命，并降低因為電源問題導致的服務器停機時間。

PMC（電源管理控制器）：用于管理和優化服務器電源的控制器。PMC通過監控和調整服務器電源的供應和消耗來實現最佳的電源管理，以提高服務器的能效和性能。

DC/DC轉換器

進一步將50V直流電降至芯片可接受的12V、5V、3V3和0.8V等，DC/DC電源的難點在于如何盡可能降低板路損耗。因為采用7nm甚至更先進的制程的CPU或者GPU，核電壓通常采用1V或0.8V的額定電壓供電，供電電流往往超過1000A，高電流使主板損耗大量熱量。因此DC/DC轉換器最近的技術趨勢是供電模式會從原本水平供電，走向“背后供電”。即原本的電源模組圍繞在GPU晶片的周圍，為了縮短距離，電源模組改放到芯片正下方來供電，距離縮短成僅是PCB板的厚度，從數十mm縮短至1、2mm。

電源行業報告：量價齊升周期，市場空間快速擴容-中信建投

AI技術高速發展帶來高性能服務器電源增長機遇-天風證券