NVIDIA 800V HVDC 架构赋能新一代AI数据中心 挑战传统机架电源系统极限

AI 工作负载的指数级增长正在增加数据中心的功率需求。传统的 54 V 机架内配电专为千瓦（KW）-scale 机架设计，无法支持即将进入现代 AI 工厂的兆瓦（MW）-scale 机架。

从 2027 年开始，NVIDIA 正在率先向 800 V HVDC 数据中心电力基础设施过渡，以支持 1 MW 及以上的 IT 机架。为了加速采用，NVIDIA 正在与数据中心电气生态系统中的主要行业合作伙伴合作，包括：

• 芯片提供商： Infineon、MPS、Navitas、ROHM、STMicroelectronics、Texas Instruments
• **动力系统组件： **Delta、Flex Power、Lead Wealth、LiteOn、Megmeet
• 数据中心电力系统： Eaton、Schneider Electric、Vertiv

该计划将推动创新，旨在为新一代 AI 工作负载建立高效、可扩展的供电，以确保提高可靠性并降低基础设施复杂性。

传统机架电源系统的极限

如今， AI 工厂的机架依赖于 54 V DC 电源，其中笨重的 copper busbars 将电力从机架式电源架传输到计算托盘。当机架功率超过 200 kilowatts 时，这种方法开始达到物理极限：

• **空间限制： **如今的 NVIDIA GB200 NVL72 或 NVIDIA GB300 NVL72 配备多达八个电源架，为 MGX 计算和交换机架提供动力支持。使用相同的 54 V DC 直流配电意味着，在 MW 规模下，Kyber 的电源架将消耗高达 64 U 的机架空间，没有任何计算空间。在 GTC 2025 大会上，NVIDIA 展示了一台 800 V 的边车，可在单个 Kyber 机架中为 576 个 Rubin Ultra GPU 提供动力支持。另一种方法是为每个计算机架使用专用电源机架。
• **铜缆过载 ** ：在单个 1 MW 机架中使用 54 V DC 的物理特性需要多达 200 千克的铜母线。单单 1 GW 数据中心的机架式母线就需要多达 50 万吨铜。显然，当前的配电技术在 GW 数据中心的未来是不可持续的。
• **低效转换： **整个电力链中重复的 AC/DC 转换不节能，并会增加故障点。

图 1。当前的 Data Center 电源架构

800 V HVDC 革命

NVIDIA 800 V HVDC 架构通过全面重新设计来应对这些挑战。NVIDIA 正在与数据中心能源生态系统合作，研究实现这一概念所需的创新和变革。

图 2。NVIDIA 800 V HVDC 架构可更大限度地减少能源转换。

电网到电力机房

传统的数据中心配电涉及多次电压转换，这可能会导致效率低下并增加电气系统的复杂性。通过使用工业级整流器，在数据中心周边将 13.8 kV AC 网电源直接转换为 800 V HVDC，消除了大多数中间转换步骤。这种简化的方法可更大限度地减少能源损失，这些损失通常发生在多个 AC/DC 和 DC/DC 转换期间。

这种方法还显著减少了电源链中需要的带风扇的电源单元 (PSU) 的数量。更少的 PSU 和风扇可提高系统可靠性、降低散热并提高能效，从而使 HVDC 配电成为现代数据中心更有效的解决方案，并显著减少组件总数。

通过单步 AC/DC 转换，该系统可受益于更直接、更高效的电源流，从而降低电气复杂性和维护需求。要全面提供可能的过流保护可靠性和维护收益，仍需要创新。HVDC 还可降低传输损失并提供更好的电压稳定性，确保向关键基础设施持续供电，同时降低铜缆成本和总体材料成本。这种设计可以提高运营效率，同时简化数据中心电源架构。

行级电源管理

在配电中，使用 800 V 总线通道并从 415 V AC 切换到 800 V DC，可通过相同的导体尺寸多传输 85% 的功率。出现这种情况的原因是，较高的电压会降低电流需求，降低电阻损耗并提高功率传输效率。

“使用较低的电流，较薄的导体可以处理相同的负载，从而将铜缆需求降低 45%。此外，DC 系统还可消除 AC 特有的低效现象，例如蒙皮效应和无功功率损失，从而进一步提高效率。通过采用 800 V DC 配电，设施可获得更高的功率容量、更高的能效和更低的材料成本。”

IT 机架实施

“通过采用直接 800 V 输入，计算机架可以高效地处理电源传输，而无需依赖集成的 AC/DC 转换阶段。这些机架接受两条 800 V 导体馈送，并利用计算机架中的 DC/DC 转换来驱动 GPU 设备。消除机架级 AC/DC 转换元件可腾出宝贵空间来处理更多计算资源，从而实现更高密度的配置并提高散热效率。与需要额外电源模块的传统 AC/DC 转换相比，直接 800 V 输入可简化设计，同时提高性能。”

IT 机架的 800 V HVDC 配电以及 GPU 的 12 V DC/DC 转换

800 V HVDC 的主要优势

**可扩展性： **使用相同的数据中心电力基础设施，支持功率在 100 kW 到 1 MW 以上的机架，从而实现无缝扩展。

**效率 ** ：与当前的 54 V 系统相比，端到端效率提升高达 5%，确保更高的能源利用率。

铜缆减少：与传统的 415 V AC 或 480 V DC 架构相比，800 V HVDC 可显著减少数据中心主干的电流、铜缆用量和热损耗。

可靠性： 传统的 IT 机架式 PSU 依靠过度配置来减少机时间，但这会导致频繁的维护周期来更换出现故障的模块。 虽然集中式电源转换可提高系统可靠性，但在 HVDC 系统中，故障检测和可维护性是关键的创新领域。

IT 机架式 PSU 的空间限制会造成散热挑战，导致在成本和长期可靠性之间做出权衡。将 Power Conversion 从机架中移出可降低这些风险。

**面向未来 ** ：旨在满足 1 MW 机架的要求，能够随着数据中心需求的发展高效扩展到更高功率的机架。

应对设施级 HVDC 的挑战

虽然高压直流架构在过去曾进行过试点，但由于技术和部署方面的挑战，其广泛采用受到了限制。如今，AI 驱动的机架密度、电源转换的进步以及围绕电动汽车（EV）充电标准建立的工业基础的融合正在改变这一格局。

在设施层面部署 800 V HVDC 给安全、标准和员工培训带来了新的挑战。NVIDIA 及其合作伙伴正在积极研究基于传统 Transformer 的和固态 Transformer (SST) 方法的 CapEx 和 OpEx 以及安全影响，以实现这一过渡。

前进之路

800 V HVDC 不仅仅是当今的机架，而是面向未来的 AI 基础设施。2027 年，800 V HVDC 数据中心将与 NVIDIA Kyber 机架级系统同步全面投产，确保为要求日益严苛的 AI 模型提供无缝可扩展性。

帮助数据中心基础设施处理负载峰值和次秒级 GPU 功率波动的能源存储解决方案是 800 V HVDC 架构的一部分。敬请关注，了解更多详情。

由于 AI 工作负载每次查询所需的计算量增加了 100 倍到 1000 倍，因此该架构可实现持续增长，同时通过提高效率、可靠性和系统架构改进将总体拥有成本 (TCO) 降低高达 30%。

主要效率提升

• 端到端能效提升高达 5%
• 由于 PSU 故障减少，组件维护的人工成本降低，维护成本最多可降低 70%
• 无需在 IT 机架内配备 AC/DC PSU，从而降低散热费用

NVIDIA 不仅在构建速度更快的 GPU，还在重新设计整个功率堆栈，以充分发挥 AI 的潜力。超高效、MW-scale AI 工厂的时代由此开始。

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

关于作者

Mathias Blake 是 NVIDIA 杰出的工程师核心技术。Blake 负责确保关键技术为未来的 NVIDIA 产品和解决方案做好大规模生产准备。他在广泛的垂直市场背景下拥有二十多年的硬件和产品设计经验。

Martin Hsu 专注于数据中心基础设施，专注于与合作伙伴和供应商一起管理 NVIDIA MGX 生态系统。此外，Martin 还代表 NVIDIA 担任 VESA 和 HDMI 的董事会成员。他拥有法国国立高等电信学院 (ENST) 电气工程硕士学位和台湾 NCTU 电气工程学士学位。

Harry Petty 是一位经验丰富的数据中心营销人员和技术专家，曾在大型科技公司担任领导职务，为混合云、存储解决方案、网络处理器和服务器产品线推广 SDN 产品。他曾与许多客户合作，在多个数据中心部署应用程序。当 Harry 不讨论 HPC 数据中心的 IO 子系统时，他喜欢在北加利福尼亚州附近的 Sierra 山麓和湖泊中进行户外活动。

Jared Huntington 是一位高级电源架构师，专注于机架和数据中心电源系统。加入 NVIDIA 之前，Jared 从事音频放大器、功率半导体和笔记本电脑电源适配器的研究。他在 Cal Poly San Luis Obispo 学习电气工程。

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