功率密度躍升驅動800V DC架構升級，寬禁帶功率器件打開成長空間

AI數據中心供電架構面臨功率密度瓶頸

隨著AI服務器單機柜功率從數十千瓦向百千瓦級乃至兆瓦級演進，傳統低壓、大電流供電方式在銅耗、線纜、母排及電源空間占用方面的瓶頸日益凸顯。以英偉達平臺演進為例，從Hopper到Blackwell再到Rubin Ultra，機柜功耗持續攀升，54V機柜內供電架構在200kW以上已觸及物理極限。根據功率關系式，提高電壓可等比例降低電流，從而減少電阻損耗、節省機柜空間、減少能量轉換環節，并便于儲能及直流能源接入。這一背景下，800V DC架構成為下一代AI數據中心供電升級的核心方向。

800V DC架構的本質：AC/DC與DC/DC功能解耦

800V DC架構的核心變化在于將傳統機柜內PSU承擔的AC/DC與DC/DC功能進行解耦。AC/DC轉換被移至獨立的側邊柜或基建側，計算機柜內僅保留靠近負載的DC/DC降壓環節。這一解耦使得Power Rack與IT Rack的優化目標分化：前者追求極致效率、高壓大功率承載能力和長期可靠性，后者則在主板面積和機柜空間嚴格約束下追求算力密度。從功率半導體角度看，SiC器件因能夠承受較高電壓和較大功率的同時維持較低損耗，更適合Power Rack側的大功率AC/DC；GaN器件因開關速度較快、開關過程中的損耗較低，更適合IT Rack側的高頻DC/DC。

第一階段：Sidecar推動AC/DC外移

第一階段預計于2026—2027年逐步落地，核心是在保留既有交流基礎設施的前提下，將AC/DC轉換環節從計算機柜剝離至側邊柜。交流電先送入側邊柜集中轉換為±400V DC或800V DC，再向相鄰計算機柜供電。該階段功率半導體增量主要集中在三類模塊：PFC、LLC和BBU。

PFC模塊負責將三相交流電轉換為約800V直流電，SiC已成為該環節主流功率器件。英飛凌方案采用SiC與GaN混合方案，ROHM則提出全SiC方案。LLC模塊負責將800V直流電降至約50V直流電，原邊存在1200V SiC MOSFET直接承受母線電壓，或通過三電平結構使用650—700V GaN的兩類方案；副邊因電壓較低但電流較大，通常采用多路并聯的低壓硅MOSFET或GaN同步整流。高壓BBU方面，備電架構由48V低壓向±400V/800V高壓演進，瑞薩方案中雙向DC/DC采用650V GaN作為主功率開關。

第二階段：800V DC下沉至計算節點

第二階段預計于2027—2028年前后導入，核心變化是將800V DC降壓位置由計算機柜內的集中式電源擱架進一步下沉至計算刀片。800V直流直接進入Compute Tray，由板載隔離DC/DC模塊就地轉換為約48/50V，取消計算機柜的800V→50V電源擱架，釋放更多空間用于計算和交換設備。

該階段推動高頻GaN器件的滲透率和單機柜用量顯著提升。EPC與英偉達聯合開發的方案采用輸入串聯、輸出并聯的ISOP LLC架構，主功率級使用約48顆GaN器件。英飛凌方案原邊使用650V GaN開關，瑞薩方案同樣采用650V GaN串聯結構。此外，探索將傳統多級轉換縮短為800V直接降至12V或6V的方案，以減少中間電源模塊及其空間占用，重塑各級功率器件的用量與價值量分配。

第三階段：整流環節集中上移灰區

第三階段預計于2028年末至2029年前后導入，核心變化是將整流環節由白區內分散部署的列級Power Rack或Sidecar，上移至灰區或室外電力區域。中壓交流電通過傳統工頻變壓器降壓后，由集中式整流設備統一轉換為800V DC，并通過數據廳直流母線向各排計算機柜供電。

該階段功率半導體增量主要在MW級中央整流系統、直流配電催生的斷路保護系統，以及板級DC/DC降壓系統的持續滲透。早期MW級中央整流器更可能沿用成熟的1200—1700V硅基IGBT或晶閘管，灰區對體積和重量的約束弱于白區，系統可采用較低開關頻率和較大的磁性器件，以成本、可靠性和易維護性優先。中長期隨著系統對效率、功率因數、快速動態響應等要求提高，SiC模塊有望逐步替代部分IGBT。直流配電方面，800V直流配電必須重新配置保護系統，包括熔斷器及機械直流斷路器、采用IGBT/IGCT/SiC的固態斷路器SSCB、混合式斷路器，以及機柜入口的eFuse和熱插拔開關等分層保護方案。

第四階段：SST直連中壓電網

第四階段為遠期目標形態，由固態變壓器直接將13.8—34.5kV中壓交流轉換為800V或更高電壓的直流母線。功率半導體增量需求主要集中在SST本體，分布于中壓AC/DC輸入級、高頻隔離DC/DC的原邊和副邊、800V輸出調節，以及單元旁路和系統保護等位置。

SST拓撲結構尚未完全定型，正形成SiC級聯和低壓GaN級聯兩條路線。SiC級聯路線中，Microchip方案采用42個1200V級聯功率單元構成約1.4MW系統；3.3kV SiC已有商業化產品驗證，用于5—10MW模塊化SST；10kV SiC樣機則采用更高阻斷電壓以進一步減少功率單元級聯數量。低壓GaN級聯路線以Enphase IQ SST為代表，采用342個約4kVA低壓GaN功率單元構成1.25MW系統，以更多模塊和更復雜的控制系統換取較低的單元電壓，利用GaN門極電荷和開關損耗較低的特點，將平均開關頻率提高至250kHz以上。

寬禁帶功率器件產業鏈布局

上游材料及外延環節包括天岳先進、天科合達等；代工環節包括芯聯集成；功率器件與模塊環節包括斯達半導、士蘭微、華潤微、揚杰科技、東微半導、英諾賽科、時代電氣、新潔能、宏微科技、捷捷微電等。