国金电新姚遥丨AIDC系列深度（三）：海外大厂引领高压直流革命，800V产业化进程有望加速

（转自：国金证券研究所）

摘要

　　AI算力需求激增正引发数据中心供电效率的革命性变革。根据Gartner预测，2027年全球AIDC年新增耗电量将达500TWh，较2024年几乎翻倍；Statista数据进一步显示，2030年数据中心用电量将占全球总量的4.5%。然而，电力基础设施扩容滞后与短期电力短缺风险，倒逼数据中心通过技术升级挖掘能效潜力。

　　第三代HVDC架构崭露头角。目前数据中心供电架构已从第一代传统UPS架构（单机柜10-15kW），演进至第二代48V架构（单机柜40-100kW以上），第三代±400V/800V高压直流（HVDC）架构开始崭露头角，其通过"电源解耦+高压直连"突破传统能效瓶颈，支持单机柜600kW以上功率密度。这一变革的核心在于解决高功率密度下散热、铜耗与空间占用的矛盾，实现"一次交流转换，直流全程传输"的高效路径。

　　海外：机架电源→边柜电源→HVDC的三阶跃迁路径。海外巨头主导的HVDC演进呈现三阶跃迁路径：短期从机柜内电源转向独立边柜电源，如微软、Meta方案将电源机架独立，释放IT空间并提升功率弹性，同时PSU从5.5kW升级至12kW，功率密度进一步提升；中期电源输出电压从50V升级至±400V/800V，可满足MW级机柜需求，谷歌、微软、Meta等更倾向于选择±400V方案，英伟达联合上游供应商前瞻性布局800V，更具颠覆性；远期通过固态变压器实现电网级直流微电网集成，可与风光储氢等新能源直连，成为数据中心级HVDC的终极解决方案。

　　国内：以240V HVDC为基础渐进升级。国内HVDC概念源于通信行业的-48V直流供电系统，随着数据中心规模扩张，传统交流配电在效率和扩展性上的局限性推动行业向更高电压等级直流系统转型。国内主流选择240V直流方案，因其兼容现有220V交流设备，且安全性更优。2019年阿里联合台达、中恒电气推出“巴拿马电源”，集成10kV配电、变压器及直流输出单元，系统效率达97.5%，大幅简化供电链路并减少占地。为适配AI算力需求，国内厂商的HVDC电源也逐步兼容更高电压等级，百度推出的“瀚海”电源系统可支持240V、750V直流输出，实现单机柜供电能力100kW+。

　　AC/DC电源：单位价值量有望增加。随着AI机架功耗持续提升，机架内AC/DC电源（PSU）的输出功率将率先从5.5kW升级至12kW，更高功率密度意味着更高的进入门槛和技术溢价，预计电源的单瓦价格有望进一步提升。在HVDC架构下，AC/DC转换环节从机架内转移至专属电源柜，将交流输入直接转换为±400V 或800V直流电，参考电动汽车充电桩的电压升级逻辑进行类比，我们预计在800V架构下AC/DC电源的单位价值量有望增加。

　　DC/DC电源：新增800V→50V外置电源需求。在HVDC升级初期，由于存量服务器普遍仅支持48-50V输入，供电架构需额外增加DC/DC电源模块作为过渡方案，将800V高压直流降压至50V直流。未来支持高压直流原生服务器推出后，预计服务器主板将直接集成800V输入接口与高压DC/DC电路，无需外置变压器或中间转换设备，从而实现主板级高压直连。

风险提示

　　全球数据中心扩张进度不及预期、中美科技领域政策恶化、市场竞争加剧、技术迭代风险。

+

目录

1、算力需求爆发催生供电效率革命，HVDC开启能效跃升新纪元

1.1 算力需求爆发催生供电效率改革，第三代HVDC架构崭露头角

　　1.2 微软等海外大厂布局±400V HVDC，英伟达加码800V HVDC

2、AIDC供电架构的高压直流演进路径

2.1 海外：机架电源→边柜电源→HVDC的三阶跃迁路径

2.2 国内：目前高压直流仍以240V为主，逐步兼容更高电压等级

3、头部供应商800V HVDC新品频出，HVDC产业进程有望加速

4、投资建议

5、风险提示

正文

1、算力需求爆发催生供电效率革命，HVDC开启能效跃升新纪元

1.1 算力需求爆发催生供电效率改革，第三代HVDC架构崭露头角

　　AIDC耗电量激增，高效用电至关重要。AI和生成式AI推动电力需求快速增长，根据Gartner预测，2027年全球AIDC年新增耗电量将达到500TWh，较2024年几乎翻倍。另据Statista预测，AIDC的建设运营将推动全球数据中心用电由2023年的430TWh（占全球用电量的1.4%）提升至2030年的1510TWh（占全球用电量的4.5%）。但由于新的输电、配电和发电能力可能需要数年时间才能上线，短期电力短缺风险倒逼数据中心必须在现有供电能力下挖掘能效潜力。

　　实际上，面对能效压力，数据中心供电架构已历经两代升级，目前处于第二代至第三代的过渡阶段。

第一代电源架构：传统UPS供电架构

　　三相480V交流电输入数据中心后，首先接入不间断电源（UPS）系统。UPS不仅提供电池备份功能，还为服务器机架输出稳定的交流电压。在机架内部，该交流电会经过整流（AC/DC）降压处理，转换为服务器所需的低压直流电，并通过冗余电源模块分配给每个计算单元。这套架构作为数据中心供电的行业标准已运行数十年，目前仍有大量系统采用此方案，其单机柜典型功率支撑能力为10-15kW。

第二代电源架构：OCP 48V供电架构，效率提升5%

　　大约十年前，大型云数据中心的兴起导致服务器功率水平提升，进而催生了“第二代”架构。这个新系统与第一代的不同之处在于服务器电源的输出电压从12V提升至48V，同时电源被整合到电源柜中，也称为“开放式机架”（open rack）电源，电池备份单元（BBU）也被整合到机架中。所有这些改进使得系统转换效率提高了5%左右，第二代架构单机柜典型功率支撑能力为40-100kW以上。

　　第三代电源架构：±400V或800V HVDC，同时解决效率、散热、铜排、功率密度等问题

　　随着高功耗AI芯片大规模部署，第二代数据中心供电架构正逼近其物理极限。未来AIDC的单机架功率需求将攀升至600kW-1MW量级，这对供电系统提出了前所未有的挑战。

　　算力密度与供电效率的根本矛盾：AI工作负载需要海量并行计算，迫使GPU、CPU及网络交换机之间的物理距离必须大幅缩短以降低通信延迟。这种紧凑布局导致传统机柜内无法容纳庞大的电源设备——笨重的电源模块不仅挤占宝贵的算力空间，更因散热限制制约整体功率提升。

　　“边柜”（sidecar）架构应运而生：通过将电源供应单元（PSU）、电池备份单元（BBU）等关键供电组件从IT机柜中剥离，整合至独立的专用机柜。该独立电源柜通过低阻抗铜排（busbar）直连服务器机柜，实现能量高效传输。这种物理分离既释放了IT机柜空间以部署更多GPU，又规避了大电流传输导致的铜排与散热瓶颈。

　　电压由48V升级至±400V或800V HVDC：传统48V系统承载1MW功率需超18kA电流，而第三代架构采用±400V或800V高压直流（HVDC）方案，母线电流大幅降低，可减少铜材用量，提升转换效率。

　　1.2 微软等海外大厂布局±400V HVDC，英伟达加码800V HVDC

　　2024年10月微软Azure发布“Mt Diablo”分离式电源架构，将电源机架从服务器机架中独立出来，服务器机架专注部署AI加速器（GPU/ASIC）和高速网络交换机，电源机架集成AC/DC及电池存储等功能。目前第一批分离式电源机架仍沿用48V直流供电，但未来将采用400V HVDC以提高效率。

　　谷歌在OCP（Open Compute Project）2024大会上介绍了应用于AIDC的±400Vdc供电架构，其过渡期采用专用电源柜（Sidecar）方案，终极目标是将±400Vdc与电池备份整合至数据中心基础设施，与微网、储能等结合，实现能效最大化（>96.5%）和计算密度跃升。

　　2025年4月Meta在OCP人工智能/机器学习物理基础设施研讨会上介绍了下一代高功率机架（HPR Next）的电源解决方案，该方案分为三个逐步演进的技术阶段，HRP V2将现有机架内PSU从5.5kW升级至12kW；HRP V3将电源移出IT机架，采用50Vdc集中供电，并通过汇流排连接相邻IT机架;HRP V4采用±400Vdc高压直流、高度集成的独立电源机架，通过电缆连接IT机架，可为高达800kW-1MW以上的机架供电。

　　2025年5月英伟达宣布推出800V HVDC数据中心电力架构。该架构通过800V高压直流供电，可支持功率超过1MW的IT机架，有效解决了传统54V架构面临的扩容瓶颈、铜排需求激增及能效低下等问题。根据规划，800V HVDC数据中心的全面量产将于2027年启动，与英伟达Kyber机架系统同步落地。

　　英伟达800V HVDC架构不再将目光局限于机架或模块层面，而是以全栈系统视角构建800V高压直流配电链。通过使用工业级整流器在数据中心周边将13.8kV交流电网电力直接转换为800V HVDC，显著减少了带有风扇的PSU的数量，可提高系统可靠性、降低散热并提高能源效率；随后通过两根导线直达设备排与IT机架，实现“交流一次转换，直流全程传输”的高度简化电力流动路径。

2、AIDC供电架构的高压直流演进路径

2.1 海外：机架电源→边柜电源→HVDC的三阶跃迁路径

　　结合海外大厂及电源供应商提供的数据中心供电架构路线图，我们预计800V HVDC供电架构的升级可能需要持续数年、分阶段来实现：短期先从服务器机柜内电源过渡到独立电源柜；中期独立电源柜输出电压从50Vdc提升到800Vdc；远期实现数据中心基础设施级的800V HVDC直供。

短期：从机柜电源到独立电源柜，PSU从5.5kW到12kW

　　近年来，AI数据中心的供电架构呈现双轨并行的升级趋势：一方面，机架内电源模块（PSU）正向更高功率密度演进；另一方面，独立的边柜电源（Sidecar）方案受到大厂青睐。这两种路径并非取代关系，而是根据客户对功率上限、扩展性及成本的不同需求并存发展。

　　在机架内电源方案中，PSU功率正经历从5.5kW到12kW的显著跃升。以英伟达的GB200 NVL72为例，其电源架采用6个5.5kW PSU实现33kW输出。预计今年台达、光宝等供应商将陆续推出支持OCP机架的21英寸12kW PSU，6个PSU构成的电源架功率提升至72kW。这一升级直接优化了现有IT机架的空间利用率，但功率扩展仍受限于机柜物理空间，更适合现有数据中心改造或中等功率需求，优势在于兼容现有设施并降低初期投入。

　　为突破功率瓶颈并增强系统可扩展性，边柜电源方案应运而生。该方案将配电单元（PDU）、电池备份单元（BBU）、超级电容（PCS）等电源组件从IT机柜剥离，整合至独立的侧边机柜中。不仅释放了IT机柜空间，更重要的是实现了功率上限的大幅提升与架构灵活性——未来可直接升级至HVDC高压直流架构，支持单机柜250kW以上的功率密度，并为固态变压器等下一代技术预留接口。边柜电源方案更适合高功率服务器和新建项目，通过模块化设计实现供电与算力解耦，不仅支持当前12kW PSU，还可无缝适配未来20kW+ PSU及HVDC直供架构。

　　中期：从50Vdc到±400V/800V HVDC

　　随着AIDC的单机架功率需求将攀升至600kW-1MW量级，传统50V供电架构正逼近其物理极限，高压直流供电架构因其在效率、散热、铜排、功率密度等问题上的优势受到大厂推崇。当前HVDC的主流电压等级选择集中在400V、±400V和800V三类，这一设计逻辑与电动车产业链的电力电子技术生态高度协同。

　　0-400V凭借成熟供应链和低成本IGBT器件成为性价比首选，其电压覆盖现有UPS功率因数校正电路（PFC）输出电压（380–400V），且无需大幅调整电池管理系统（BMS）。从安全角度来看，工程师们对400V的爬电距离和电气间隙要求方面积累了扎实的经验，而800V电压的绝缘成本和复杂性都会显著上升。

　　0-800V是更高功率密度和更高效率的选择。不过，由于800V是一个相对较新的生态系统，成本更高，还需要解决一系列关于用电安全的问题，如电弧防护与绝缘设计等。

　　±400V兼具400V和800V的优点，既可以利用现有的供应链，又能达到800V的高功率密度和效率。难点在于需要通过复杂控制实现负载平衡，同时比400V和800V方案多1根电缆。

　　目前微软、谷歌、Meta等海外大厂更倾向于选择±400V方案，源于其务实的工程导向与短期落地可行性。2025年三家龙头在OCP EMEA 峰会上联合推出"Mount Diablo"项目，并将其技术规范提交至开放计算项目（OCP）社区，推动其成为新一代数据中心供电架构的开放标准。Mount Diablo的核心设计理念包括将电源（AC/DC转换器、备用电池）从计算机架中解耦，以侧挂式模块实现±400V直流直供等。而英伟达则押注更具颠覆性的800V HVDC架构，通过与英飞凌、台达、维谛等上游伙伴成立产业联盟，前瞻性地布局800V方案，有望加速800V产业化。

远期：从数据中心系统层面构建HVDC输配电链路

　　远期来看，在新建数据中心的配电系统设计中，将13.8kV交流电网电力直接转换为800V HVDC，同时将风光储氢等清洁能源与数据中心高压直流母线直连形成直流微电网，从而实现多向能量流交互与智能调度，是一种更为高效且有前景的路径。台达在COMPUTEX 2025展示的微电网解决方案中，使用了基于SiC的固态变压器实现中压电网与低压电网交直流的转换，有效降低能源损耗与占地面积，更可快速部署、易于扩充；其智能化与双向特性，可有效并入分散式清洁能源与储能系统，应对现代电网的挑战。

　　固态变压器（Solid-State Transformer，SST）是一种基于电力电子技术和高频变压器的先进电能转换设备，也被称为电力电子变压器（Power Electronics Transformers，PET）或电能路由器。它通过半导体器件和高频开关技术替代传统变压器的铁芯和线圈结构，实现电压变换、电气隔离及电能质量控制等功能，具有体积小、效率高、支持双向能量流动的优点。

　　固态变压器由多级电力电子变换器和高频变压器组成，适用于数据中心场景的典型结构为三级式转换，包括输入级AC/DC电路、隔离级高频DC/DC电路、输出级DC/AC（DC）电路。

　　1）输入级AC/DC：将低频交流电转换为直流电，采用SiC/GaN宽禁带半导体可降低开关损耗、增强热稳定性，高频开关实现更高功率密度、节省体积，提供无功补偿，提升电网稳定性；

　　2）隔离级DC/DC：高频变压器隔离并调整高压侧和低压侧之间的电压，通过利用先进的磁性材料（如铁氧体和非晶合金）最大限度地减少了磁芯损耗，同时保持了高热稳定性和功率密度。高频变压器的工作频率范围从几十kHz到几MHz不等，与传统变压器相比，尺寸和重量显著减小；

　　3）输出级DC/AC（DC）：输出所需交流或直流电压，支持双向功率流，可实现分布式能源、储能系统和可再生能源的无缝集成。

　　目前固态变压器的大规模应用仍面临多重挑战。成本与可靠性是首要瓶颈，当前SiC/GaN器件和复杂的设计导致SST造价较传统变压器更贵，具有多级设计和先进控制能力的 SST 需要经过广泛的测试和验证。除了东数西算等项目因引入绿电而配置SST外，多数数据中心仍倾向采用性价比更高的方案。

2.2 国内：目前高压直流仍以240V为主，逐步兼容更高电压等级

　　国内的数据中心HVDC概念源于通信行业。此前，-48V直流作为电信设备的标准供电方案已沿用数十年，其核心优势在于供电可靠性高且转换损耗低，同时简化了电池备用系统的设计。随着数据中心规模扩张与复杂性提升，传统交流配电在效率、空间占用及扩展性等方面的局限性日益凸显，从而推动行业向更高电压等级的直流系统转型。

　　国内HVDC主流采用240V直流电压，是兼容性和安全性共同推动的结果。早期数据中心设备普遍采用220V交流输入电源，而240V直流系统可直接兼容原有设备，无需改造电源模块或定制硬件。相比之下，336V或380V方案需定制电源，对服务器厂商供应链提出挑战，推广难度较高。在安全性设计上，240V系统采用浮地架构，正负极对地电压约135V，显著低于220V交流电的峰值电压314V。即便发生单极接地故障，触电风险也大幅降低。

　　国内HVDC的规模化应用始于电信运营商，扩展于互联网巨头。2007年国内江苏电信开始试点240V高压直流通信电源产品，目前以阿里巴巴、腾讯、百度为代表的互联网行业龙头的自建数据中心已经广泛采用了240V高压直流供电系统，如阿里巴巴千岛湖数据中心、百度阳泉数据中心均采用的一路市电+一路HVDC架构，进一步提升供电效率。

　　目前国内HVDC产品以巴拿马电源为代表的高集成模块为主。2019年阿里巴巴携手台达、中恒电气推出了巴拿马电源，该方案集成了10kVac中压配电、变压器、模块化直流电源和输出配电单元等环节，对中压10KVac-240Vdc的磁路和电路进行联合设计，取代了传统架构从中压引入到直流输出之间的众多中间设备，具有超高效率、高可靠性、高功率密度、高功率容量、兼维护方便等特点，整体系统效率可达到97.5%。

　　新一代HVDC系统兼容更高电压等级。虽然美国对中国实施高端AI芯片禁运，但随着国产化芯片性能不断提升，预计AI算力需求仍将持续增长。为了应对未来AIDC的高功率场景，国内厂商的HVDC电源也逐步兼容更高电压等级，2024年百度推出的“瀚海”电源系统，可支持270V、750V直流输出，实现单机柜供电能力100kW+，适用于数据中心的改造、新建等多场景和不同服务器的升级迭代。

3、头部供应商800V HVDC新品频出，HVDC产业进程有望加速

3.1 台达电子：实现800V高压直流全系列产品覆盖

　　台达电子是全球电源管理与散热解决方案的领导者，业务覆盖工业自动化、数据中心基础设施等领域。面对AI算力对高功率密度的需求，台达于2025年COMPUTEX展会首次推出800V高压直流（HVDC）架构，成为其AI数据中心解决方案的核心。该方案通过集中整流将交流电转换为800V直流电，再分级降压至芯片电压，端到端能效提升至92%以上，较传统架构节能4%以上。其技术布局全面、多层级电力协同：电网侧部署固态变压器实现中/低压高效转换，机架侧推出19英寸（1OU）72kW和21英寸（2OU）180kW AC/DC、19英寸90kW DC/DC模块化电源，并集成e-Fuse智能熔断技术（响应速度较机械继电器快千倍）和超级电容备电系统（15秒/20kW瞬时支撑），解决了GPU动态负载波动问题。

3.2 中恒电气：国内HVDC核心供应商，最新发布800V整流模块

　　中恒电气是国内数据中心HVDC技术领导者，持续推出HVDC直流供配电、预制化Panama（巴拿马）&T-train（火车头）电力模组等产品及解决方案，牵头制订了《信息通信用240V/336V直流供电系统技术要求和试验方法》国家标准及直流生态建设。经过20多年的深耕，公司与中国移动、中国铁塔、中国电信、阿里巴巴、腾讯、百度、拼多多、国家电网、南方电网、哈啰出行等各领域头部客户建立起了深度的战略合作关系。

　　公司的数据中心用预制化10kV中压转直流（240V/336V）电源系统集成10kV配电、变压器、不间断电源和输出配电单元，具备超高功率密度、超高效率、安全可靠，同时采用模块化扩容，单套系统最大支持2.4MW IT负载供电，可实现工厂预制化生产、快速安装、占地面积节省50%。

　　面对AI算力需求爆发，公司正推进技术迭代，发布60KW～125KW、800V大功率AC/DC整流模块，采用先进的电力电子拓扑和全SiC器件，单个模块效率达98%以上，同时在机电占地面积、机电投资成本和运营成本上均大幅降低。

　　3.3 科华数据：头部互联网企业核心供应商，新推出800V HVDC电源模块

　　科华数据成立于1988年，深耕电力电子技术近40年，早期以UPS电源研发制造起家，逐步拓展至数据中心、新能源领域，形成“数据中心+新能源”的双子星战略。科华数据凭借直流供电系统节能技术，已在头部互联网企业供货2000余套，中国移动云计算中心232套、国家超算中心200余套、自建科云数据中心200多套。2025年科华数据推出采用SiC器件的270VDC/336VDC/800VDC电源模块，转换效率高达97.5%。

3.4 欧陆通：AI算力需求爆发，高功率密度PSU有望受益

　　欧陆通深耕服务器电源领域多年，已与浪潮信息、富士康、华勤、联想、中兴、新华三等国内知名服务器系统厂商建立了紧密合作关系。近几年公司推出多款满足AI需求的高功率服务器电源产品及解决方案，包括1.3kW-3.6kW钛金CRPS服务器电源、3.3kW-5.5kW钛金和超钛金GPU服务器电源、浸没式液冷服务器电源及PSU解决方案等，可支持NVIDIA 系列GPU服务器。

　　2024年公司推出符合OCP ORv3规范的机架式电源解决方案，配置6组5.5kW服务器电源，可提供最高33KW的功率输出，转换效率高达97.5%，并可拓展至2OU 66KW、3OU 66KW以及4OU 132KW等方案，为数据中心领域客户提供可拓展性及定制化的选项，根据其特定需求和应用场景进行灵活配置。

3.5 禾望电气：大功率电力电子平台，具备HVDC技术协同优势

　　禾望电气成立于2007年，是大功率电力电子技术领域的领军企业，主营业务覆盖风电变流器、光伏逆变器、储能系统、氢能制氢电源及电气传动设备。公司多名核心高管来自原艾默生网络能源团队，与数据中心基建龙头维谛技术同属“华为-艾默生系”。公司凭借在大功率电力电子领域积累的高效电能转换技术，有望切入数据中心HVDC领域。

四、风险提示

　　全球数据中心扩张进度不及预期：如果全球AI数据中心投资建设进度不及预期，将会减少电气设备需求，进而影响相关公司业绩表现。

　　中美科技领域政策恶化：中美在AI领域竞争激烈，美国限制先进芯片和半导体对中国的出口，随着竞争的加剧，未来可能会推出更严格的限制政策，限制国内AI的发展进而影响AIDC投资建设。

　　市场竞争加剧：倘若全球电气设备公司加速产能扩张，导致相关电气设备供需失衡、行业竞争加剧、价格竞争激烈，将对相关公司经营情况带来不利影响。

　　技术迭代风险：AI行业处于技术快速迭代期，新算法、架构和应用不断涌现，硬件与软件需要不断升级、优化，倘若技术发展过快，相关公司无法跟上行业技术演进节奏，可能会影响相关公司业绩表现。