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1、110/2025白皮书电源和机架架构的演进：适配 AI 服务器需求英飞凌 CoolSiC 和 CoolGaN为当前及未来的 AI 服务器机架架构而生，从容应对数据中心机架和PSU 持续攀升的功率需求作者：Sam Abdel-Rahman（英飞凌科技股份公司服务器开关电源系统架构师）210/2025目录摘要 31 AI 服务器机架 PSU 的演进趋势和功率升级 41.1 第一代 AI PSU：架构不变，功率跃升5.5-12 kW，50 Vout，230-277 Vac，单相输入 41.2 第二代 AI PSU：面向超高功率的三相高压直流架构1830kW，400/800 Vout，400480 V

2、ac三相输入 62 宽禁带半导体对于 AI PSU 的价值 82.1 CoolGaN：赋能动态峰值功率瞬态响应 82.2 400 V CoolSiC MOSFET：实现三电平飞跨电容图腾柱 PFC 的极致效率 82.3 650 V 和 1200 V CoolSiC MOSFET：助力三相高压直流 PSU 实现超高能效 93 结论 10参考文献 11310/2025摘要AI 负载带来的功耗压力持续攀升，正推动数据中心架构发生深刻变革（见图 1）。当前，每个机架内部集供电、备份及 IT 负载于一体，采用功率不断增大的单相 PSU。当单机架功率突破 250 kW，供电架构也开始转变供电和备份功能剥离

3、至专用电源侧柜，同时引入三相交流配电。最后，随着机架功率持续跃升，数据中心将全面采用基于固态变压器（SST）的高压直流集中配电架构，实现全设施范围的高效电力输送。本文旨在论证：在上述各代架构演进中，通过融合硅（Si）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）三种器件技术，能够打造出兼具超高能效和功率密度的电路拓扑。图 1 AI 机架功率攀升推动数据中心架构演进410/20251 AI 服务器机架 PSU 的演进趋势和功率升级图2展示了服务器机架架构从第一代到第二代的演进历程。左侧为第一代架构，以开放计算项目（OCP）的Open-Rack 供电架构为例这一架构已在超大规模数据中心规模化部署。每个供电架

4、由三相交流输入供电，内部集成多个PSU 模块，而每个 PSU 模块本身为单相交流输入。机架最终输出直流电压（以 50 V 为典型），汇入母线排，母线排同时连接 IT 负载架和电池备份架。当前这一代架构采用的是 5.5 kW ORv3-HPR PSU，可替换为 12kW PSU 以提升功率密度。例如，配置 4 个供电源架、每个电源架采用 12 kW PSU 模块，单机架总功率可达 288 kW。AI 应用的持续演进，PSU 功率和机架功率同步升级。当单机架功率突破 250 kW 后，原有机架空间已无法同时容纳供电和计算单元，将供电单元与计算机架分离成为必然选择（见图 2）。图 2 右侧为第二代架

5、构，其核心特征是引入电源侧柜，集成 PSU、电池备份单元（BBU）和电容模组单元（CBU）。PSU 升级为三相交流输入、高压直流（HVDC）输出，单个电源模块功率可达 30 kW。电源侧柜的设计不仅使机架功率可扩展至 1MW，更为计算机架腾出更多空间以部署计算单元。电源侧柜输出的高压直流通过线缆传输至计算机架，这意味着需要增加一级转换电路，将高压直流降压至 50 V。图 2 中 2a 和 2b 两代演进方案，正是 HVDC 转 50 V 的两种不同实现路径。2a 代方案基于现有的 50 V 服务器托盘架构，将高压直流到 50 V 的转换电路部署在计算机架侧边的 DC-DC 转换架中。这种设计可

6、在沿用现有 50 V 服务器基础设施的前提下，快速、平滑地引入高压直流侧柜架构。2b 代方案则将高压直流到 50 V 的转换电路，以中间总线转换器模块或降压转换方案的形式，直接集成至服务器托盘内部。图 2 AI 服务器机架架构和 PSU 的功率演进后续章节将逐一介绍上述各代 PSU 和机架架构，并提供相应的实现拓扑示例及器件技术选型建议。1.1 第一代 AI PSU：架构不变，功率跃升5.5-12 kW，50 Vout，230-277 Vac，单相输入前一代AI服务器PSU主要遵循ORv3-HPR标准13。该标准在输入输出电压、效率等核心指标上，与前代ORv3 3 kW 规范 13 保持一致。