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因 AI 的運算需求大幅提高,AI 伺服器機櫃的耗電功率也有近乎指數型的成長,以 NVIDIA 的機櫃功耗演進來看,從 2020 年 Ampere 架構的 10 kW 功耗,到 2026 年最新 Rubin 架構已達 200 kW 以上,六年間成長超過 20 倍;預測 2028 年 Rubin Ultra 架構更將突破 1,000 kW。
NVIDIA AI 機櫃功耗六年成長逾 20 倍,正逼近 MW 級供電時代

過去世代的功耗升級頂多是 20% 的微調,但在 NVLink(NVIDIA 高速晶片互連技術)時代,為了追求極致算力,無數 GPU 必須緊湊地塞在同一個銅線傳輸域中,使機櫃功耗密度也以翻倍的速度在成長。
若沿用傳統的 48V 供電,一個 200 kW 機櫃的電流將突破 4,000A,這不僅需要寬度超過手掌的巨型銅排,導致機櫃空間與散熱極難處理,線路損耗(I²R)也會以平方倍數急速放大。
在功率暴增的前提下,唯一的物理解法就是大幅拉高電壓,藉此壓低電流。這就是 NVIDIA 全面推動 800V 高壓直流架構的根本原因。
從 NVIDIA 白皮書可見:為了銜接既有設施與 MW 級 AI 機櫃,電力架構將採取四階段的漸進式演進。
現今的分散式供電,電力需經過變壓器、AC UPS(交流不斷電系統)、走道的 PDU(電源分配器),到機櫃內部的 PSU(電源供應器)進行多次降壓與整流。這類多級轉換不僅造成顯著廢熱與維護困難,笨重的電源模組更嚴重擠壓機櫃空間(MW 規模下傳統電源架將佔用高達 64U 空間),單個 1 MW 機架更需耗費高達 200 公斤的銅導線。
415V AC 架構:電力需經過多層降壓與整流,從發電廠到資料中心門口都是高壓交流電
source:參考 NVIDIA 圖片富果重新繪製
此階段進行白區[註]改造,在機架側邊引進專用的側邊電源櫃(Side Power Rack / Sidecar),作為過渡橋樑,將既有機房的 480 VAC 交流電整流成 800 VDC 送入算力機櫃。這是對既有基礎設施影響最小、成本最低的升級。
註:白區(White Space) 指的是專門用來擺放伺服器、算力機櫃(Compute Rack)與網路設備的機房核心運算區域。灰區(Gray Space)則是後勤重電與冷卻區,包括中高壓變壓器、主配電盤、大型 AC UPS 等。
白區改造架構:透過側邊掛載模式,無需全面重新設計電力設施即可部署等高功率 GPU
source:參考 NVIDIA 圖片富果重新繪製
此階段將整流功能由單櫃 Side Power Rack 向上集中至機房前端的大型整流器。傳統的交流不斷電系統被完全移除,替換為直接懸掛於直流電網上的主動式儲能系統(BESS)**,**以穩定設施與電網安全。在板端,則可採用 MGX 架構,利用 64:1 LLC 轉換器跳過 54V 中間層級,將 800 VDC 直接降壓至 12 VDC。
混合式架構:將整流器統一移到機房前端或灰區,直接產出 800V DC 供全區共用
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