核心观点与关键数据
概述
数据中心架构正经历重大转变，GPU 的兴起导致计算密度急剧增加，传统 415V/480V AC 电力系统面临极限挑战。800V DC 及集成储能成为满足未来 AI 工厂需求的最佳方案。
GPU 驱动的电力需求增长
- GPU 功率密度相较传统服务器提升 100 倍，且随 NVLink 网络规模扩大而指数级增长。
- Nvidia Hopper 架构性能提升 50 倍，TDP 功率增加 75%，机架功率密度提升 3.4 倍。
- NVLink 网络规模越大，功率密度增长越快，推动电力需求远超传统增长模式。
负载波动与储能解决方案
- GPU 同步工作导致负载快速波动（30%-100%），对电力系统提出严峻挑战。
- 解决方案：
- 优化软件空闲期（理想方案）
- 储能系统（电解电容、超级电容、电池等）
- 燃烧冗余功率（GPU 特性）
- 调整 GPU 性能（非理想方案）
- 储能需满足毫秒级动态响应（400 微秒）和秒级稳态调节需求。
电网互联要求
- AI 工厂负载波动可能导致电压频率偏差，违反并网要求。
- 解决措施：
- 储能系统稳定功率消耗
- GPU 性能调优和工作负载调度
- 协调控制策略（储能、计算、设施）
- 未来 AI 工厂可成为电网支撑资产：
- 电压频率主动支持
- 增强型故障穿越能力
- 实时功率辅助
- 弹性系统设计
电力分配方案对比
- 传统 AC 方案：
- 遥端限制（60/100A）
- 机架接口复杂
- 资产协调难度大
- 800V DC 优势：
- 简化 IT 接口（减少线缆）
- 简化系统架构（减少转换级数）
- 直接兼容 GPU 机架
800V DC 架构演进
- 近期方案：
- 中期方案：
- 长期方案：
- 中压整流器（MV AC 输入）
- 固态变压器（SST）
800V DC MGX 架构设计
- 直接 800V 输入机架，DC/DC 转换靠近 GPU
- 采用 LLC 转换器和矩阵变压器，效率提升 1%，面积减少 26%
- 机架支持 ±400V 设备复用
- 设施级采用 5 并 4 备 3.5MW 中压整流器
- 每个机架 1+1 冗余电源输入
- 储能系统提供斜率控制、功率平滑和电压调节
行业协作路径
- 统一电压范围、连接器和电流等级
- 开发认证 DC 原生设备
- 统一数据中心安全标准和操作规范
研究结论
800V DC 配合储能系统可有效解决 AI 工厂同步负载波动和功率密度增长问题，降低系统复杂度和成本，提高效率，为未来 AI 工厂提供可靠电力架构。
