电子：电源：把握AI供电体系升级机遇

服务器供电：机柜功率密度提升，大陆厂商逐步突破。高压电从电网进入数据中心后，服务器电源PSU会先将交流电转为直流电，并降压到48伏特；接着主板上的DC／DC转换器，再将电压转换成CPU用的12伏特和GPU用的0.8伏特低电压。随着以英伟达为代表的厂商算力芯片功耗持续提升，机柜功率密度增长，峰值功耗或将由2024-2025年的130-250kw到2026-2027年的250-900kw。当前海外最新的AI服务器使用5.5kw PSU，未来有望升级到10kw及以上，我们测算，在5.5kw PSU单瓦价格为2.5元，2025年GB200 NVL72等效出货量2.5万柜假设下，GB200 NVL72电源的市场规模为165亿元。服务器电源竞争格局集中，台达为AI服务器AC／DC电源龙头，市占率超50%；光宝33KW Power Shelf24Q4陆续出货，预计25Q1放量；麦格米特目前已进入英伟达GB200电源供应链，我们看好公司产品力提升，份额持续提高，带动营收业绩增长。 备用电源：数据中心平稳运行的基石。 1）AIDC带动柴油发电机组供不应求。柴油发电机组在上游电源发生故障时保障数据中心运行，柴油发电机组功率可达到IT总负荷2倍，我们测算2025年全球数据中心柴油发电机市场规模有望达到555亿元。海外厂商占据数据中心柴油发电机组行业主导地位，数据中心多采用康明斯、卡特彼勒、MTU、三菱等产品，进口品牌与国产品牌的主要差异在于发动机部分。国产品牌科泰电源、玉柴、潍柴重机和磐谷等产品目前在数据中心市场已有部分应用案例。 2）UPS稳步增长，HVDC有望引领下一代高压高效平台。UPS填补发电机启动空白，确保数据中心电力供应不中断。2023年全球UPS市场规模为611亿元，预计2029年将达957亿元，CAGR为7.6%，稳步增长。中国市场按销售额排名，华为、科华、维谛技术占据前三位。我们认为未来AI大功率、高密度趋势下，有望推动配电架构向HVDC升级，提高效率、降低损耗的同时可支持不同的有效负载机架配置，有效节省IT rack的空间。2019年阿里巴巴联合台达、中恒电气推出的面向IDC应用的中压供电巴拿马电源。2024年谷歌研发人员在开放计算项目全球峰会发表《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。 3）BBU标配化进一步打开市场空间。BBU能够支持几分钟的工作负载用电，充当了“机架内UPS”。BBU与PSU为1：1关系，功率与PSU匹配，我们认为未来BBU有望实现标配化，跟随PSU需求共同成长，并且由于功率密度的提升，价值量也有望实现增长，推动电源市场规模提升。 投资建议：见第三章内容。 风险提示：技术路线演进风险、研发进展不及预期、地缘政治风险、测算不准确风险。 1、服务器供电：机柜功率密度提升，大陆厂商逐步突破 1.1供配电系统可靠性对数据中心运行至关重要 数据中心的能耗来源于IT设备、照明、空调和供配电系统，电源可靠性对数据中心至关重要。IT设备由服务器、存储和网络通信设备构成，功耗约占数据中心总功耗的45%； 空调系统主要用于为IT设备散热，是数据中心最大的能耗来源之一，也是提高数据中心能源效率的重点环节，功耗占比约为40%；供配电系统由输入变压器、ATS（（Automatic Transfer Switching）开关、UPS及配电柜组成，功耗占比约为10%，其中7%来源于UPS及其输出供电系统，3%来源于UPS输入供电系统。全球数字基础设施权威机构Uptime Institute发布的《2022年全球数据中心调查》报告中提到，超过一半（55%）的运营商报告称，他们在过去三年中经历过站点中断，其中供配电系统导致的问题占比39%，供电系统可靠性对数据中心至关重要。 图表1：数据中心能耗构成 图表2：数据中心宕机原因（2022） 数据中心供配电系统将高压转换为中压，再转换为低压给IT设备使用。供电公司提供高电压（>100kV）或中压电力，需要现场变电站和电力变压器将其降压到中压（MV）。 MV开关设备将MV电力安全分配到另一个变压器，该变压器位于数据大厅附近，并将电压降低到低压（415V）。与变压器配对的是一台柴油发电机，它也以415V交流输出，如果电力公司停电，自动转换开关（ATS）将自动切换电力到发电机。从这里开始有两条电力路径：一条通往IT设备，另一条通往冷却设备。IT设备路径首先通过UPS系统流动，该系统连接到一组电池：通常具有5-10分钟的电池存储时间，足够发电机启动（在一分钟内）并避免临时停电；UPS电源通常通过电源配电单元（PDUs）直接供应给IT设备。 最后一步，是通过电源供应单元（PSU）和电压调节器模块（VRM）将电力传输到芯片。 图表3：数据中心供配电系统 1.2 AI驱动服务器电源需求提升 AI服务器需求旺盛，北美四大CSP资本开支上行。从AI服务器出货量来看，2023年高阶AI服务器出货19.96万台，一般AI服务器出货46.98万台。2024年高阶AI服务器预期出货54.3万台，较2023年成长172%；2024年一般AI服务器预期出货72.5万台，较2023年成长54.2%。根据Trendforce，2024年AI服务器占整体服务器出货的比重预估将达12.2%，较2023年提升约3.4个百分点；从产值看，预估2024年AI服务器产值将达1,870亿美元，同比+69%，产值占整体服务器高达65%。从需求方来看，2023年前五大业者出货占总体比重达85.1%，2024年前五大业者占比则降至77%，前四大仍为以代工厂直接销售（ODM-direct）为服务器主要采构模式的大型CSP厂商。 图表4：AI服务器出货量 图表5：CSP与品牌高阶AI服务器出货量与占比预估 gszqdatemark年 月 日 海外CSP持续加码AI投资，2025年资本开支维持高位增长。2024Q4海外四大CSP合计资本开支为697亿美元，同比增长66%，环比增长23%，2024年海外四大CSP合计资本开支为2169亿美元，同比增长56%，CSP持续加码AI服务器及相关投资。展望2025年，meta预计2025年全年资本支出为600-650亿美元，亚马逊2025年资本支出将提高至1000亿美元，以期抓住人工智能（AI）领域千载难逢的商业机遇，上述大部分资本支出用于旗下云计算部门AWS研发AI技术，谷歌预计2025年资本支出为750亿美元，微软FYQ2包括融资租赁在内的资本支出为226亿美元，预计FYQ3和FYQ4的季度支出将维持FYQ2的水平。我们看到2024年各大CSP持续加码AI投资，meta逐季上调资本开支预期，2025年资本开支维持高位增长。 图表6：海外四大CSP资本开支（年度） 图表7：海外四大CSP资本开支（季度） 科技公司紧锣密鼓布局、升级迭代大模型训练，AI算力芯片需求强劲。在加速计算和生成式AI的带动下，算力需求陡增，全球高科技公司纷纷涌入AI领域开展军备竞赛。预计2024年微软有75万-90万块等效H100，25年预计达到250万-310万；谷歌2024年有100万-150万块等效H100，25年预计达到350万-420万；Meta2024年有55万-65万块等效H100，25年预计达到190万-250万；亚马逊2024年有25万-40万块等效H100，25年预计达到130万-160万；xAI2024年有10万块等效H100，25年预计达到55万-100万。 图表8：五大科技公司算力预测 AI需求强劲，为台积电长期增长注入强大动能，公司显著上调未来五年AI收入CAGR中值指引为45%。台积电在2024年4月的24Q1业绩发布会上，预计2024年AI收入占营收比例达到约11-13%（（low-teens），预计到2028年占比提升至20%以上，未来五年CAGR达到50%。近期24Q4业绩发布会上，公司表示2024年AI收入（包含AI GPU、AIASIC和HBM控制器）超过三倍增长，占总营收比重中值约15%（（mid-teens），预计2025年AI收入还将翻倍。此外，公司显著上调了未来五年AI收入复合增速指引，在已经翻三倍增长的2024年AI收入基础上，公司预计未来五年AI收入CAGR中值达45%（mid-40%），AI将成为HPC平台营收增长的关键驱动力。 图表9：台积电显著上调未来五年AI收入CAGR指引 AI服务器供电分为柜外、rack、tray。高压电从电网进入数据中心后，服务器电源供应器会先将交流电转为直流电，并降压到48伏特，这一步由PSU完成；接着，主板上的DC／DC转换器，再将电压转换成CPU用的12伏特和GPU用的0.8伏特低电压。 UPS：在电网中断时提供临时电力，保护数据免受损失，该设施在柜外，不包括在rack的供电设施中。 AC/DC环节：将电网的交流电转换为适合服务器使用的48V直流电，该电源模块名为PSU，在rack中。 DC/DC环节：进一步将48V直流电降至CPU用的12伏特和GPU用的0.8伏特低电压，该设施在tray中，分为Hot Swap、IBC和Vcore。 英伟达GPU功耗持续提升，带动机柜功率密度增长。英伟达算力芯片额定功率持续提升，A100为400W，H100\H200\B100均为700W，2024年的GTC上英伟达发布的基于Blackwell架构的B200 GPU功耗则首次达到了1000W，超级芯片GB200功耗最高达到2700w。根据Vertiv，从峰值功率密度来看，预期AI GPU机架峰值功耗将随着英伟达AI GPU roadmap的升级持续增长，由2024-2025年的130-250kw到2026-2027年的250-900kw，再到2028-2029+年的900-1000+kw。 图表10：英伟达GPU芯片功耗持续提升 图表11：AI推动机柜功率密度持续提升 当前AI服务器的PSU有望从5.5kw升级为10kw及以上。AI服务器和数据中心的电力需求不断增加，迫使电源设计加速发展，从800W迅速增加到5.5kW。英飞凌表示，目前可以看到需求达到12 kW甚至更高。此外，系统效率要求已上升到97.5%以上，同时增加了更高的功率密度（例如100 W/in³），以满足外形尺寸限制、严格的保持时间要求。根据台达，我们可以看到ORV3 HPR2 PSU从ORV3 HPR PSU的5.5kw升级至10kw，提升82%，但尺寸长度仅从640mm提升至710mm，提升11%，宽度和高度不变，功率密度大幅提升，缓解了机柜功耗提升与有限的机柜空间之间的矛盾。 图表12：英飞凌AC-DC产品路线图 图表13：台达PSU对比（1） 图表14：台达PSU对比（2） 图表15：AI电源功率密度持续提升 图表16：CPU/GPU算力加速提升带动电源需求 机柜功率密度提升推动服务器电源量价齐升。根据安森美，2024年平均每机柜的功耗为40kw，价格约2500美元每机柜，可以计算得到安森美产品（FETs、eFuse、Drivers、controllers、PoL、多相控制器、smart power stage）平均每瓦的单价为0.06美元；预计2025平均每机柜的功耗为120kw，价格为9500美元每机柜，每瓦的单价为0.08美元；预计2026年之后平均每机柜的功耗为200-300kw，单机柜价值量持续提升。我们认为不仅是芯片级，电源模块整体也将随着功率密度的提升而实现量价齐升。 图表17：AI服务器电源量价齐升 GB200 NVL72采用48个5.5kw PSU，1：1冗余+sidecar带动PSU需求提升。在不考虑冗余的情况下，GB200 NVL36机架每个机架有2个power shelf，每个power shelf由6个5.5kw的PSU构成，一共提供66kW的电力，NVL72将有4个power she