AI 工作負載的指數級增長正在增加數據中心的功率需求。傳統的 54 V 機架內配電專為千瓦（KW）-scale 機架設計，無法支持即將進入現代 AI 工廠的兆瓦（MW）-scale 機架。

從 2027 年開始，NVIDIA 正在率先向 800 V HVDC 數據中心電力基礎設施過渡，以支持 1 MW 及以上的 IT 機架。為了加速采用，NVIDIA 正在與數據中心電氣生態系統中的主要行業合作伙伴合作，包括：

• 芯片提供商： Infineon、MPS、Navitas、ROHM、STMicroelectronics、Texas Instruments
• **動力系統組件： **Delta、Flex Power、Lead Wealth、LiteOn、Megmeet
• 數據中心電力系統： Eaton、Schneider Electric、Vertiv

該計劃將推動創新，旨在為新一代 AI 工作負載建立高效、可擴展的供電，以確保提高可靠性并降低基礎設施復雜性。

傳統機架電源系統的極限

如今， AI 工廠的機架依賴于 54 V DC 電源，其中笨重的 copper busbars 將電力從機架式電源架傳輸到計算托盤。當機架功率超過 200 kilowatts 時，這種方法開始達到物理極限：

• **空間限制： **如今的 NVIDIA GB200 NVL72 或 NVIDIA GB300 NVL72 配備多達八個電源架，為 MGX 計算和交換機架提供動力支持。使用相同的 54 V DC 直流配電意味著，在 MW 規模下，Kyber 的電源架將消耗高達 64 U 的機架空間，沒有任何計算空間。在 GTC 2025 大會上，NVIDIA 展示了一臺 800 V 的邊車，可在單個 Kyber 機架中為 576 個 Rubin Ultra GPU 提供動力支持。另一種方法是為每個計算機架使用專用電源機架。
• **銅纜過載 ** ：在單個 1 MW 機架中使用 54 V DC 的物理特性需要多達 200 千克的銅母線。單單 1 GW 數據中心的機架式母線就需要多達 50 萬噸銅。顯然，當前的配電技術在 GW 數據中心的未來是不可持續的。
• **低效轉換： **整個電力鏈中重復的 AC/DC 轉換不節能，并會增加故障點。

圖 1。當前的 Data Center 電源架構

800 V HVDC 革命

NVIDIA 800 V HVDC 架構通過全面重新設計來應對這些挑戰。NVIDIA 正在與數據中心能源生態系統合作，研究實現這一概念所需的創新和變革。

圖 2。NVIDIA 800 V HVDC 架構可更大限度地減少能源轉換。

電網到電力機房

傳統的數據中心配電涉及多次電壓轉換，這可能會導致效率低下并增加電氣系統的復雜性。通過使用工業級整流器，在數據中心周邊將 13.8 kV AC 網電源直接轉換為 800 V HVDC，消除了大多數中間轉換步驟。這種簡化的方法可更大限度地減少能源損失，這些損失通常發生在多個 AC/DC 和 DC/DC 轉換期間。

這種方法還顯著減少了電源鏈中需要的帶風扇的電源單元 (PSU) 的數量。更少的 PSU 和風扇可提高系統可靠性、降低散熱并提高能效，從而使 HVDC 配電成為現代數據中心更有效的解決方案，并顯著減少組件總數。

通過單步 AC/DC 轉換，該系統可受益于更直接、更高效的電源流，從而降低電氣復雜性和維護需求。要全面提供可能的過流保護可靠性和維護收益，仍需要創新。HVDC 還可降低傳輸損失并提供更好的電壓穩定性，確保向關鍵基礎設施持續供電，同時降低銅纜成本和總體材料成本。這種設計可以提高運營效率，同時簡化數據中心電源架構。

行級電源管理

在配電中，使用 800 V 總線通道并從 415 V AC 切換到 800 V DC，可通過相同的導體尺寸多傳輸 85% 的功率。出現這種情況的原因是，較高的電壓會降低電流需求，降低電阻損耗并提高功率傳輸效率。

“使用較低的電流，較薄的導體可以處理相同的負載，從而將銅纜需求降低 45%。此外，DC 系統還可消除 AC 特有的低效現象，例如蒙皮效應和無功功率損失，從而進一步提高效率。通過采用 800 V DC 配電，設施可獲得更高的功率容量、更高的能效和更低的材料成本。”

IT 機架實施

“通過采用直接 800 V 輸入，計算機架可以高效地處理電源傳輸，而無需依賴集成的 AC/DC 轉換階段。這些機架接受兩條 800 V 導體饋送，并利用計算機架中的 DC/DC 轉換來驅動 GPU 設備。消除機架級 AC/DC 轉換元件可騰出寶貴空間來處理更多計算資源，從而實現更高密度的配置并提高散熱效率。與需要額外電源模塊的傳統 AC/DC 轉換相比，直接 800 V 輸入可簡化設計，同時提高性能。”

IT 機架的 800 V HVDC 配電以及 GPU 的 12 V DC/DC 轉換

800 V HVDC 的主要優勢

**可擴展性： **使用相同的數據中心電力基礎設施，支持功率在 100 kW 到 1 MW 以上的機架，從而實現無縫擴展。

**效率 ** ：與當前的 54 V 系統相比，端到端效率提升高達 5%，確保更高的能源利用率。

銅纜減少：與傳統的 415 V AC 或 480 V DC 架構相比，800 V HVDC 可顯著減少數據中心主干的電流、銅纜用量和熱損耗。

可靠性： 傳統的 IT 機架式 PSU 依靠過度配置來減少機時間，但這會導致頻繁的維護周期來更換出現故障的模塊。 雖然集中式電源轉換可提高系統可靠性，但在 HVDC 系統中，故障檢測和可維護性是關鍵的創新領域。

IT 機架式 PSU 的空間限制會造成散熱挑戰，導致在成本和長期可靠性之間做出權衡。將 Power Conversion 從機架中移出可降低這些風險。

**面向未來 ** ：旨在滿足 1 MW 機架的要求，能夠隨著數據中心需求的發展高效擴展到更高功率的機架。

應對設施級 HVDC 的挑戰

雖然高壓直流架構在過去曾進行過試點，但由于技術和部署方面的挑戰，其廣泛采用受到了限制。如今，AI 驅動的機架密度、電源轉換的進步以及圍繞電動汽車（EV）充電標準建立的工業基礎的融合正在改變這一格局。

在設施層面部署 800 V HVDC 給安全、標準和員工培訓帶來了新的挑戰。NVIDIA 及其合作伙伴正在積極研究基于傳統 Transformer 的和固態 Transformer (SST) 方法的 CapEx 和 OpEx 以及安全影響，以實現這一過渡。

前進之路

800 V HVDC 不僅僅是當今的機架，而是面向未來的 AI 基礎設施。2027 年，800 V HVDC 數據中心將與 NVIDIA Kyber 機架級系統同步全面投產，確保為要求日益嚴苛的 AI 模型提供無縫可擴展性。

幫助數據中心基礎設施處理負載峰值和次秒級 GPU 功率波動的能源存儲解決方案是 800 V HVDC 架構的一部分。敬請關注，了解更多詳情。

由于 AI 工作負載每次查詢所需的計算量增加了 100 倍到 1000 倍，因此該架構可實現持續增長，同時通過提高效率、可靠性和系統架構改進將總體擁有成本 (TCO) 降低高達 30%。

主要效率提升

• 端到端能效提升高達 5%
• 由于 PSU 故障減少，組件維護的人工成本降低，維護成本最多可降低 70%
• 無需在 IT 機架內配備 AC/DC PSU，從而降低散熱費用

NVIDIA 不僅在構建速度更快的 GPU，還在重新設計整個功率堆棧，以充分發揮 AI 的潛力。超高效、MW-scale AI 工廠的時代由此開始。

By Mathias Blake, Martin Hsu, Harry Petty and Jared Huntington

關于作者

Mathias Blake 是 NVIDIA 杰出的工程師核心技術。Blake 負責確保關鍵技術為未來的 NVIDIA 產品和解決方案做好大規模生產準備。他在廣泛的垂直市場背景下擁有二十多年的硬件和產品設計經驗。

Martin Hsu 專注于數據中心基礎設施，專注于與合作伙伴和供應商一起管理 NVIDIA MGX 生態系統。此外，Martin 還代表 NVIDIA 擔任 VESA 和 HDMI 的董事會成員。他擁有法國國立高等電信學院 (ENST) 電氣工程碩士學位和臺灣 NCTU 電氣工程學士學位。

Harry Petty 是一位經驗豐富的數據中心營銷人員和技術專家，曾在大型科技公司擔任領導職務，為混合云、存儲解決方案、網絡處理器和服務器產品線推廣 SDN 產品。他曾與許多客戶合作，在多個數據中心部署應用程序。當 Harry 不討論 HPC 數據中心的 IO 子系統時，他喜歡在北加利福尼亞州附近的 Sierra 山麓和湖泊中進行戶外活動。

Jared Huntington 是一位高級電源架構師，專注于機架和數據中心電源系統。加入 NVIDIA 之前，Jared 從事音頻放大器、功率半導體和筆記本電腦電源適配器的研究。他在 Cal Poly San Luis Obispo 學習電氣工程。