AI数据中心功率密度的爆发式增长,正推动配电架构从传统交流UPS向高压直流(HVDC)全面演进。国盛证券研报显示,传统UPS架构效率约93.6-94.7%,巴拿马电源将整体系统效率提升至97.5%,台达销售数据中心巴拿马电源在线运行超500套。微软MtDiablo采用分解式电源机架,AI加速器最多可增加35%。谷歌在2024年OCP全球峰会提出800V高压直流架构,认为在高功率AI数据中心具备高效优势。配电架构正从“低压分散”走向“高压集中”,HVDC产业链迎来历史性机遇。
配电架构演进——从传统UPS到HVDC高压直流
当前数据中心配电架构正从传统的UPS方案向高压高效HVDC演进。传统UPS方案搭配N+1、2N等架构提升可靠性,但存在冗余多、系统复杂、效率低的问题(约94.7%)。HVDC高压直流方案因模块化、高效、可靠、成本低等优势被广泛关注,整体效率约95.2%。随着互联网公司数据中心兴起,简化系统、减少辅助设备空间成为行业趋势。
台达2016年开始研发“巴拿马方案”,成功将整体系统效率提升至97.5%。巴拿马电源由10kV进线柜、隔离柜、整流输出柜、交流分配柜构成,提供1.2MW、1.8MW、2.2MW、2.4MW、3.1MW等容量配置。目前台达销售数据中心巴拿马电源在线运行数量已超500套,助力用户节能减排。中恒电气2021年与阿里巴巴签署约8亿元巴拿马电源框架项目采购合同,约占当年营收56%。
台达2016年开始研发“巴拿马方案”,成功将整体系统效率提升至97.5%。巴拿马电源由10kV进线柜、隔离柜、整流输出柜、交流分配柜构成,提供1.2MW、1.8MW、2.2MW、2.4MW、3.1MW等容量配置。目前台达销售数据中心巴拿马电源在线运行数量已超500套,助力用户节能减排。中恒电气2021年与阿里巴巴签署约8亿元巴拿马电源框架项目采购合同,约占当年营收56%。
微软MtDiablo——分解式电源机架架构
微软MtDiablo将单个机架分为服务器机架和电源机架,每个机架都针对其主要功能进行优化。这种模块化方法能够根据不同推理和训练SKU不断变化的需求来调整分解式电源机架中的功率,有助于在各种芯片解决方案中重复使用经过验证的设计。
MtDiablo的优势:空间优化——分解式电源使整个服务器机架用于AI加速器和网络交换机,每个服务器机架中AI加速器最多可增加35%;可扩展性——高功率机架超过几百千瓦并正向兆瓦迈进,MtDiablo可合理调整电源架数量;电源转换效率——转换为400Vdc(HVDC)可实现相对于高功率服务器机架需求更高的效率;模块化设计——允许并行进行多个开发。
MtDiablo的优势:空间优化——分解式电源使整个服务器机架用于AI加速器和网络交换机,每个服务器机架中AI加速器最多可增加35%;可扩展性——高功率机架超过几百千瓦并正向兆瓦迈进,MtDiablo可合理调整电源架数量;电源转换效率——转换为400Vdc(HVDC)可实现相对于高功率服务器机架需求更高的效率;模块化设计——允许并行进行多个开发。
谷歌800V直流架构——面向AI/ML的未来配电方案
2024年开放计算项目全球峰会,谷歌研发人员发表《适用于人工智能/机器学习应用的±400V直流机架》演讲,认为800V高压直流架构在未来高功率AI数据中心具备高效优势。从配电架构对比看,传统AC/DC架构(UPS)效率约93.6%,机架内BBU架构效率约96.5%,Sidecar HVDC架构效率约96.05%,基础设施级HVDC架构效率约96.53%。
Sidecar电源机架可在配置传统416/480Vac电源的数据中心部署+/-400Vdc有效负载机架,根据有效负载机架电源要求可支持不同配置,能有效节省IT rack空间用以放置服务器。2024年一个2.4MW供配电系统效率每提升1%,每年可节省21万度电、减排二氧化碳200吨,HVDC的经济效益显著。
Sidecar电源机架可在配置传统416/480Vac电源的数据中心部署+/-400Vdc有效负载机架,根据有效负载机架电源要求可支持不同配置,能有效节省IT rack空间用以放置服务器。2024年一个2.4MW供配电系统效率每提升1%,每年可节省21万度电、减排二氧化碳200吨,HVDC的经济效益显著。
HVDC产业链受益标的
配电架构向HVDC升级将带动整条产业链受益。禾望电气专注于电能变换领域,主要产品包括风电变流器、光伏逆变器、电气传动、储能等,在HVDC电力电子技术领域积累深厚。中恒电气是巴拿马电源核心供应商,与阿里深度合作,牵头制定相关国家标准,技术入选国家目录。科华数据在中国UPS市场排名第二(按销售额),UPS稳步增长并向HVDC延伸。配电架构向高压高效演进趋势下,具备HVDC技术储备和产品竞争力的厂商将率先受益。
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