國金電新姚遙丨AIDC系列深度（三）：海外大廠引領高壓直流革命，800V產業化進程有望加速

（轉自：國金證券研究所）

摘要

　　AI算力需求激增正引發數據中心供電效率的革命性變革。根據Gartner預測，2027年全球AIDC年新增耗電量將達500TWh，較2024年幾乎翻倍；Statista數據進一步顯示，2030年數據中心用電量將佔全球總量的4.5%。然而，電力基礎設施擴容滯后與短期電力短缺風險，倒逼數據中心通過技術升級挖掘能效潛力。

　　第三代HVDC架構嶄露頭角。目前數據中心供電架構已從第一代傳統UPS架構（單機櫃10-15kW），演進至第二代48V架構（單機櫃40-100kW以上），第三代±400V/800V高壓直流（HVDC）架構開始嶄露頭角，其通過"電源解耦+高壓直連"突破傳統能效瓶頸，支持單機櫃600kW以上功率密度。這一變革的核心在於解決高功率密度下散熱、銅耗與空間佔用的矛盾，實現"一次交流轉換，直流全程傳輸"的高效路徑。

　　海外：機架電源→邊櫃電源→HVDC的三階躍遷路徑。海外巨頭主導的HVDC演進呈現三階躍遷路徑：短期從機櫃內電源轉向獨立邊櫃電源，如微軟、Meta方案將電源機架獨立，釋放IT空間並提升功率彈性，同時PSU從5.5kW升級至12kW，功率密度進一步提升；中期電源輸出電壓從50V升級至±400V/800V，可滿足MW級機櫃需求，谷歌、微軟、Meta等更傾向於選擇±400V方案，英偉達聯合上游供應商前瞻性佈局800V，更具顛覆性；遠期通過固態變壓器實現電網級直流微電網集成，可與風光儲氫等新能源直連，成為數據中心級HVDC的終極解決方案。

　　國內：以240V HVDC為基礎漸進升級。國內HVDC概念源於通信行業的-48V直流供電系統，隨着數據中心規模擴張，傳統交流配電在效率和擴展性上的侷限性推動行業向更高電壓等級直流系統轉型。國內主流選擇240V直流方案，因其兼容現有220V交流設備，且安全性更優。2019年阿里聯合臺達、中恆電氣推出「巴拿馬電源」，集成10kV配電、變壓器及直流輸出單元，系統效率達97.5%，大幅簡化供電鏈路並減少佔地。為適配AI算力需求，國內廠商的HVDC電源也逐步兼容更高電壓等級，百度推出的「瀚海」電源系統可支持240V、750V直流輸出，實現單機櫃供電能力100kW+。

　　AC/DC電源：單位價值量有望增加。隨着AI機架功耗持續提升，機架內AC/DC電源（PSU）的輸出功率將率先從5.5kW升級至12kW，更高功率密度意味着更高的進入門檻和技術溢價，預計電源的單瓦價格有望進一步提升。在HVDC架構下，AC/DC轉換環節從機架內轉移至專屬電源櫃，將交流輸入直接轉換為±400V 或800V直流電，參考電動汽車充電樁的電壓升級邏輯進行類比，我們預計在800V架構下AC/DC電源的單位價值量有望增加。

　　DC/DC電源：新增800V→50V外置電源需求。在HVDC升級初期，由於存量服務器普遍僅支持48-50V輸入，供電架構需額外增加DC/DC電源模塊作為過渡方案，將800V高壓直流降壓至50V直流。未來支持高壓直流原生服務器推出后，預計服務器主板將直接集成800V輸入接口與高壓DC/DC電路，無需外置變壓器或中間轉換設備，從而實現主板級高壓直連。

風險提示

　　全球數據中心擴張進度不及預期、中美科技領域政策惡化、市場競爭加劇、技術迭代風險。

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目錄

1、算力需求爆發催生供電效率革命，HVDC開啟能效躍升新紀元

1.1 算力需求爆發催生供電效率改革，第三代HVDC架構嶄露頭角

　　1.2 微軟等海外大廠佈局±400V HVDC，英偉達加碼800V HVDC

2、AIDC供電架構的高壓直流演進路徑

2.1 海外：機架電源→邊櫃電源→HVDC的三階躍遷路徑

2.2 國內：目前高壓直流仍以240V為主，逐步兼容更高電壓等級

3、頭部供應商800V HVDC新品頻出，HVDC產業進程有望加速

4、投資建議

5、風險提示

正文

1、算力需求爆發催生供電效率革命，HVDC開啟能效躍升新紀元

1.1 算力需求爆發催生供電效率改革，第三代HVDC架構嶄露頭角

　　AIDC耗電量激增，高效用電至關重要。AI和生成式AI推動電力需求快速增長，根據Gartner預測，2027年全球AIDC年新增耗電量將達到500TWh，較2024年幾乎翻倍。另據Statista預測，AIDC的建設運營將推動全球數據中心用電由2023年的430TWh（佔全球用電量的1.4%）提升至2030年的1510TWh（佔全球用電量的4.5%）。但由於新的輸電、配電和發電能力可能需要數年時間才能上線，短期電力短缺風險倒逼數據中心必須在現有供電能力下挖掘能效潛力。

　　實際上，面對能效壓力，數據中心供電架構已歷經兩代升級，目前處於第二代至第三代的過渡階段。

第一代電源架構：傳統UPS供電架構

　　三相480V交流電輸入數據中心后，首先接入不間斷電源（UPS）系統。UPS不僅提供電池備份功能，還為服務器機架輸出穩定的交流電壓。在機架內部，該交流電會經過整流（AC/DC）降壓處理，轉換為服務器所需的低壓直流電，並通過冗余電源模塊分配給每個計算單元。這套架構作為數據中心供電的行業標準已運行數十年，目前仍有大量系統採用此方案，其單機櫃典型功率支撐能力為10-15kW。

第二代電源架構：OCP 48V供電架構，效率提升5%

　　大約十年前，大型雲數據中心的興起導致服務器功率水平提升，進而催生了「第二代」架構。這個新系統與第一代的不同之處在於服務器電源的輸出電壓從12V提升至48V，同時電源被整合到電源櫃中，也稱為「開放式機架」（open rack）電源，電池備份單元（BBU）也被整合到機架中。所有這些改進使得系統轉換效率提高了5%左右，第二代架構單機櫃典型功率支撐能力為40-100kW以上。

　　第三代電源架構：±400V或800V HVDC，同時解決效率、散熱、銅排、功率密度等問題

　　隨着高功耗AI芯片大規模部署，第二代數據中心供電架構正逼近其物理極限。未來AIDC的單機架功率需求將攀升至600kW-1MW量級，這對供電系統提出了前所未有的挑戰。

　　算力密度與供電效率的根本矛盾：AI工作負載需要海量並行計算，迫使GPU、CPU及網絡交換機之間的物理距離必須大幅縮短以降低通信延迟。這種緊湊佈局導致傳統機櫃內無法容納龐大的電源設備——笨重的電源模塊不僅擠佔寶貴的算力空間，更因散熱限制制約整體功率提升。

　　「邊櫃」（sidecar）架構應運而生：通過將電源供應單元（PSU）、電池備份單元（BBU）等關鍵供電組件從IT機櫃中剝離，整合至獨立的專用機櫃。該獨立電源櫃通過低阻抗銅排（busbar）直連服務器機櫃，實現能量高效傳輸。這種物理分離既釋放了IT機櫃空間以部署更多GPU，又規避了大電流傳輸導致的銅排與散熱瓶頸。

　　電壓由48V升級至±400V或800V HVDC：傳統48V系統承載1MW功率需超18kA電流，而第三代架構採用±400V或800V高壓直流（HVDC）方案，母線電流大幅降低，可減少銅材用量，提升轉換效率。

　　1.2 微軟等海外大廠佈局±400V HVDC，英偉達加碼800V HVDC

　　2024年10月微軟Azure發佈「Mt Diablo」分離式電源架構，將電源機架從服務器機架中獨立出來，服務器機架專注部署AI加速器（GPU/ASIC）和高速網絡交換機，電源機架集成AC/DC及電池存儲等功能。目前第一批分離式電源機架仍沿用48V直流供電，但未來將採用400V HVDC以提高效率。

　　谷歌在OCP（Open Compute Project）2024大會上介紹了應用於AIDC的±400Vdc供電架構，其過渡期採用專用電源櫃（Sidecar）方案，終極目標是將±400Vdc與電池備份整合至數據中心基礎設施，與微網、儲能等結合，實現能效最大化（>96.5%）和計算密度躍升。

　　2025年4月Meta在OCP人工智能/機器學習物理基礎設施研討會上介紹了下一代高功率機架（HPR Next）的電源解決方案，該方案分為三個逐步演進的技術階段，HRP V2將現有機架內PSU從5.5kW升級至12kW；HRP V3將電源移出IT機架，採用50Vdc集中供電，並通過匯流排連接相鄰IT機架;HRP V4採用±400Vdc高壓直流、高度集成的獨立電源機架，通過電纜連接IT機架，可為高達800kW-1MW以上的機架供電。

　　2025年5月英偉達宣佈推出800V HVDC數據中心電力架構。該架構通過800V高壓直流供電，可支持功率超過1MW的IT機架，有效解決了傳統54V架構面臨的擴容瓶頸、銅排需求激增及能效低下等問題。根據規劃，800V HVDC數據中心的全面量產將於2027年啟動，與英偉達Kyber機架系統同步落地。

　　英偉達800V HVDC架構不再將目光侷限於機架或模塊層面，而是以全棧系統視角構建800V高壓直流配電鏈。通過使用工業級整流器在數據中心周邊將13.8kV交流電網電力直接轉換為800V HVDC，顯著減少了帶有風扇的PSU的數量，可提高系統可靠性、降低散熱並提高能源效率；隨后通過兩根導線直達設備排與IT機架，實現「交流一次轉換，直流全程傳輸」的高度簡化電力流動路徑。

2、AIDC供電架構的高壓直流演進路徑

2.1 海外：機架電源→邊櫃電源→HVDC的三階躍遷路徑

　　結合海外大廠及電源供應商提供的數據中心供電架構路線圖，我們預計800V HVDC供電架構的升級可能需要持續數年、分階段來實現：短期先從服務器機櫃內電源過渡到獨立電源櫃；中期獨立電源櫃輸出電壓從50Vdc提升到800Vdc；遠期實現數據中心基礎設施級的800V HVDC直供。

短期：從機櫃電源到獨立電源櫃，PSU從5.5kW到12kW

　　近年來，AI數據中心的供電架構呈現雙軌並行的升級趨勢：一方面，機架內電源模塊（PSU）正向更高功率密度演進；另一方面，獨立的邊櫃電源（Sidecar）方案受到大廠青睞。這兩種路徑並非取代關係，而是根據客户對功率上限、擴展性及成本的不同需求並存發展。

　　在機架內電源方案中，PSU功率正經歷從5.5kW到12kW的顯著躍升。以英偉達的GB200 NVL72為例，其電源架採用6個5.5kW PSU實現33kW輸出。預計今年臺達、光寶等供應商將陸續推出支持OCP機架的21英寸12kW PSU，6個PSU構成的電源架功率提升至72kW。這一升級直接優化了現有IT機架的空間利用率，但功率擴展仍受限於機櫃物理空間，更適合現有數據中心改造或中等功率需求，優勢在於兼容現有設施並降低初期投入。

　　為突破功率瓶頸並增強系統可擴展性，邊櫃電源方案應運而生。該方案將配電單元（PDU）、電池備份單元（BBU）、超級電容（PCS）等電源組件從IT機櫃剝離，整合至獨立的側邊機櫃中。不僅釋放了IT機櫃空間，更重要的是實現了功率上限的大幅提升與架構靈活性——未來可直接升級至HVDC高壓直流架構，支持單機櫃250kW以上的功率密度，併爲固態變壓器等下一代技術預留接口。邊櫃電源方案更適合高功率服務器和新建項目，通過模塊化設計實現供電與算力解耦，不僅支持當前12kW PSU，還可無縫適配未來20kW+ PSU及HVDC直供架構。

　　中期：從50Vdc到±400V/800V HVDC

　　隨着AIDC的單機架功率需求將攀升至600kW-1MW量級，傳統50V供電架構正逼近其物理極限，高壓直流供電架構因其在效率、散熱、銅排、功率密度等問題上的優勢受到大廠推崇。當前HVDC的主流電壓等級選擇集中在400V、±400V和800V三類，這一設計邏輯與電動車產業鏈的電力電子技術生態高度協同。

　　0-400V憑藉成熟供應鏈和低成本IGBT器件成為性價比首選，其電壓覆蓋現有UPS功率因數校正電路（PFC）輸出電壓（380–400V），且無需大幅調整電池管理系統（BMS）。從安全角度來看，工程師們對400V的爬電距離和電氣間隙要求方面積累了紮實的經驗，而800V電壓的絕緣成本和複雜性都會顯著上升。

　　0-800V是更高功率密度和更高效率的選擇。不過，由於800V是一個相對較新的生態系統，成本更高，還需要解決一系列關於用電安全的問題，如電弧防護與絕緣設計等。

　　±400V兼具400V和800V的優點，既可以利用現有的供應鏈，又能達到800V的高功率密度和效率。難點在於需要通過複雜控制實現負載平衡，同時比400V和800V方案多1根電纜。

　　目前微軟、谷歌、Meta等海外大廠更傾向於選擇±400V方案，源於其務實的工程導向與短期落地可行性。2025年三家龍頭在OCP EMEA 峰會上聯合推出"Mount Diablo"項目，並將其技術規範提交至開放計算項目（OCP）社區，推動其成為新一代數據中心供電架構的開放標準。Mount Diablo的核心設計理念包括將電源（AC/DC轉換器、備用電池）從計算機架中解耦，以側掛式模塊實現±400V直流直供等。而英偉達則押注更具顛覆性的800V HVDC架構，通過與英飛凌、臺達、維諦等上游夥伴成立產業聯盟，前瞻性地佈局800V方案，有望加速800V產業化。

遠期：從數據中心繫統層面構建HVDC輸配電鏈路

　　遠期來看，在新建數據中心的配電系統設計中，將13.8kV交流電網電力直接轉換為800V HVDC，同時將風光儲氫等清潔能源與數據中心高壓直流母線直連形成直流微電網，從而實現多向能量流交互與智能調度，是一種更為高效且有前景的路徑。臺達在COMPUTEX 2025展示的微電網解決方案中，使用了基於SiC的固態變壓器實現中壓電網與低壓電網交直流的轉換，有效降低能源損耗與佔地面積，更可快速部署、易於擴充；其智能化與雙向特性，可有效併入分散式清潔能源與儲能系統，應對現代電網的挑戰。

　　固態變壓器（Solid-State Transformer，SST）是一種基於電力電子技術和高頻變壓器的先進電能轉換設備，也被稱為電力電子變壓器（Power Electronics Transformers，PET）或電能路由器。它通過半導體器件和高頻開關技術替代傳統變壓器的鐵芯和線圈結構，實現電壓變換、電氣隔離及電能質量控制等功能，具有體積小、效率高、支持雙向能量流動的優點。

　　固態變壓器由多級電力電子變換器和高頻變壓器組成，適用於數據中心場景的典型結構為三級式轉換，包括輸入級AC/DC電路、隔離級高頻DC/DC電路、輸出級DC/AC（DC）電路。

　　1）輸入級AC/DC：將低頻交流電轉換為直流電，採用SiC/GaN寬禁帶半導體可降低開關損耗、增強熱穩定性，高頻開關實現更高功率密度、節省體積，提供無功補償，提升電網穩定性；

　　2）隔離級DC/DC：高頻變壓器隔離並調整高壓側和低壓側之間的電壓，通過利用先進的磁性材料（如鐵氧體和非晶合金）最大限度地減少了磁芯損耗，同時保持了高熱穩定性和功率密度。高頻變壓器的工作頻率範圍從幾十kHz到幾MHz不等，與傳統變壓器相比，尺寸和重量顯著減小；

　　3）輸出級DC/AC（DC）：輸出所需交流或直流電壓，支持雙向功率流，可實現分佈式能源、儲能系統和可再生能源的無縫集成。

　　目前固態變壓器的大規模應用仍面臨多重挑戰。成本與可靠性是首要瓶頸，當前SiC/GaN器件和複雜的設計導致SST造價較傳統變壓器更貴，具有多級設計和先進控制能力的 SST 需要經過廣泛的測試和驗證。除了東數西算等項目因引入綠電而配置SST外，多數數據中心仍傾向採用性價比更高的方案。

2.2 國內：目前高壓直流仍以240V為主，逐步兼容更高電壓等級

　　國內的數據中心HVDC概念源於通信行業。此前，-48V直流作為電信設備的標準供電方案已沿用數十年，其核心優勢在於供電可靠性高且轉換損耗低，同時簡化了電池備用系統的設計。隨着數據中心規模擴張與複雜性提升，傳統交流配電在效率、空間佔用及擴展性等方面的侷限性日益凸顯，從而推動行業向更高電壓等級的直流系統轉型。

　　國內HVDC主流採用240V直流電壓，是兼容性和安全性共同推動的結果。早期數據中心設備普遍採用220V交流輸入電源，而240V直流系統可直接兼容原有設備，無需改造電源模塊或定製硬件。相比之下，336V或380V方案需定製電源，對服務器廠商供應鏈提出挑戰，推廣難度較高。在安全性設計上，240V系統採用浮地架構，正負極對地電壓約135V，顯著低於220V交流電的峰值電壓314V。即便發生單極接地故障，觸電風險也大幅降低。

　　國內HVDC的規模化應用始於電信運營商，擴展於互聯網巨頭。2007年國內江蘇電信開始試點240V高壓直流通信電源產品，目前以阿里巴巴、騰訊、百度為代表的互聯網行業龍頭的自建數據中心已經廣泛採用了240V高壓直流供電系統，如阿里巴巴千島湖數據中心、百度陽泉數據中心均採用的一路市電+一路HVDC架構，進一步提升供電效率。

　　目前國內HVDC產品以巴拿馬電源為代表的高集成模塊為主。2019年阿里巴巴攜手臺達、中恆電氣推出了巴拿馬電源，該方案集成了10kVac中壓配電、變壓器、模塊化直流電源和輸出配電單元等環節，對中壓10KVac-240Vdc的磁路和電路進行聯合設計，取代了傳統架構從中壓引入到直流輸出之間的眾多中間設備，具有超高效率、高可靠性、高功率密度、高功率容量、兼維護方便等特點，整體系統效率可達到97.5%。

　　新一代HVDC系統兼容更高電壓等級。雖然美國對中國實施高端AI芯片禁運，但隨着國產化芯片性能不斷提升，預計AI算力需求仍將持續增長。爲了應對未來AIDC的高功率場景，國內廠商的HVDC電源也逐步兼容更高電壓等級，2024年百度推出的「瀚海」電源系統，可支持270V、750V直流輸出，實現單機櫃供電能力100kW+，適用於數據中心的改造、新建等多場景和不同服務器的升級迭代。

3、頭部供應商800V HVDC新品頻出，HVDC產業進程有望加速

3.1 臺達電子：實現800V高壓直流全系列產品覆蓋

　　臺達電子是全球電源管理與散熱解決方案的領導者，業務覆蓋工業自動化、數據中心基礎設施等領域。面對AI算力對高功率密度的需求，臺達於2025年COMPUTEX展會首次推出800V高壓直流（HVDC）架構，成為其AI數據中心解決方案的核心。該方案通過集中整流將交流電轉換為800V直流電，再分級降壓至芯片電壓，端到端能效提升至92%以上，較傳統架構節能4%以上。其技術佈局全面、多層級電力協同：電網側部署固態變壓器實現中/低壓高效轉換，機架側推出19英寸（1OU）72kW和21英寸（2OU）180kW AC/DC、19英寸90kW DC/DC模塊化電源，並集成e-Fuse智能熔斷技術（響應速度較機械繼電器快千倍）和超級電容備電系統（15秒/20kW瞬時支撐），解決了GPU動態負載波動問題。

3.2 中恆電氣：國內HVDC核心供應商，最新發布800V整流模塊

　　中恆電氣是國內數據中心HVDC技術領導者，持續推出HVDC直流供配電、預製化Panama（巴拿馬）&T-train（火車頭）電力模組等產品及解決方案，牽頭制訂了《信息通信用240V/336V直流供電系統技術要求和試驗方法》國家標準及直流生態建設。經過20多年的深耕，公司與中國移動、中國鐵塔、中國電信、阿里巴巴、騰訊、百度、拼多多、國家電網、南方電網、哈囉出行等各領域頭部客户建立起了深度的戰略合作關係。

　　公司的數據中心用預製化10kV中壓轉直流（240V/336V）電源系統集成10kV配電、變壓器、不間斷電源和輸出配電單元，具備超高功率密度、超高效率、安全可靠，同時採用模塊化擴容，單套系統最大支持2.4MW IT負載供電，可實現工廠預製化生產、快速安裝、佔地面積節省50%。

　　面對AI算力需求爆發，公司正推進技術迭代，發佈60KW～125KW、800V大功率AC/DC整流模塊，採用先進的電力電子拓撲和全SiC器件，單個模塊效率達98%以上，同時在機電佔地面積、機電投資成本和運營成本上均大幅降低。

　　3.3 科華數據：頭部互聯網企業核心供應商，新推出800V HVDC電源模塊

　　科華數據成立於1988年，深耕電力電子技術近40年，早期以UPS電源研發製造起家，逐步拓展至數據中心、新能源領域，形成「數據中心+新能源」的雙子星戰略。科華數據憑藉直流供電系統節能技術，已在頭部互聯網企業供貨2000余套，中國移動雲計算中心232套、國家超算中心200余套、自建科雲數據中心200多套。2025年科華數據推出採用SiC器件的270VDC/336VDC/800VDC電源模塊，轉換效率高達97.5%。

3.4 歐陸通：AI算力需求爆發，高功率密度PSU有望受益

　　歐陸通深耕服務器電源領域多年，已與浪潮信息、富士康、華勤、聯想、中興、新華三等國內知名服務器系統廠商建立了緊密合作關係。近幾年公司推出多款滿足AI需求的高功率服務器電源產品及解決方案，包括1.3kW-3.6kW鈦金CRPS服務器電源、3.3kW-5.5kW鈦金和超鈦金GPU服務器電源、浸沒式液冷服務器電源及PSU解決方案等，可支持NVIDIA 系列GPU服務器。

　　2024年公司推出符合OCP ORv3規範的機架式電源解決方案，配置6組5.5kW服務器電源，可提供最高33KW的功率輸出，轉換效率高達97.5%，並可拓展至2OU 66KW、3OU 66KW以及4OU 132KW等方案，為數據中心領域客户提供可拓展性及定製化的選項，根據其特定需求和應用場景進行靈活配置。

3.5 禾望電氣：大功率電力電子平臺，具備HVDC技術協同優勢

　　禾望電氣成立於2007年，是大功率電力電子技術領域的領軍企業，主營業務覆蓋風電變流器、光伏逆變器、儲能系統、氫能制氫電源及電氣傳動設備。公司多名核心高管來自原艾默生網絡能源團隊，與數據中心基建龍頭維諦技術同屬「華為-艾默生系」。公司憑藉在大功率電力電子領域積累的高效電能轉換技術，有望切入數據中心HVDC領域。

四、風險提示

　　全球數據中心擴張進度不及預期：如果全球AI數據中心投資建設進度不及預期，將會減少電氣設備需求，進而影響相關公司業績表現。

　　中美科技領域政策惡化：中美在AI領域競爭激烈，美國限制先進芯片和半導體對中國的出口，隨着競爭的加劇，未來可能會推出更嚴格的限制政策，限制國內AI的發展進而影響AIDC投資建設。

　　市場競爭加劇：倘若全球電氣設備公司加速產能擴張，導致相關電氣設備供需失衡、行業競爭加劇、價格競爭激烈，將對相關公司經營情況帶來不利影響。

　　技術迭代風險：AI行業處於技術快速迭代期，新算法、架構和應用不斷涌現，硬件與軟件需要不斷升級、優化，倘若技術發展過快，相關公司無法跟上行業技術演進節奏，可能會影響相關公司業績表現。