電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器領(lǐng)域，我們經(jīng)常會(huì)聽到有金牌電源、鈦金牌電源等名稱，這些等級(jí)其實(shí)是由美國(guó)能源處出臺(tái)、Ecos Consulting執(zhí)行的一項(xiàng)名為80 Plus的電源認(rèn)證，主要用于區(qū)分電源的效率。

比如銅牌電源的轉(zhuǎn)換效率大于等于82%，在50%負(fù)載下效率要在85%以上；最高級(jí)的鈦金牌電源，在50%負(fù)載下轉(zhuǎn)換效率要達(dá)到96%，在10%和100%負(fù)載下效率也需要超過90%。而在今年，80Plus能效標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)迎來了升級(jí)，在此前“鈦金”的基礎(chǔ)上，推出更高標(biāo)準(zhǔn)的“紅寶石”（Ruby）等級(jí)。

50%負(fù)載下轉(zhuǎn)換效率要高于96.5%

根據(jù)80 Plus官網(wǎng)，新推出的紅寶石級(jí)認(rèn)證要求230V、227V/480V的內(nèi)部冗余電源中，PFC在50%負(fù)載下的轉(zhuǎn)換效率要求達(dá)到96.5%，且功率因數(shù)不低于0.96；100%負(fù)載下要求轉(zhuǎn)換效率達(dá)到92%，且功率因素不低于0.96。

值得一提的是，在紅寶石等級(jí)中首次引入了5%負(fù)載的轉(zhuǎn)換效率要求，要達(dá)到90%效率的同時(shí)功率因素不低于0.90。 在380V 直流內(nèi)部冗余電源中，5%負(fù)載下的轉(zhuǎn)換效率不低于90%，50%負(fù)載下轉(zhuǎn)換效率要達(dá)到96.5%，滿載下轉(zhuǎn)換效率要達(dá)到92%。

盡管是1%的提升，但在服務(wù)器等長(zhǎng)期高負(fù)載運(yùn)行的場(chǎng)景中，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。根據(jù)納微半導(dǎo)體提供的數(shù)據(jù)，全球數(shù)據(jù)中心數(shù)量在過去十年間近乎翻倍，目前已達(dá)7000個(gè)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2026年，全球數(shù)據(jù)中心能耗將達(dá)到1000太瓦時(shí)（TWh），較2022年的460太瓦時(shí)增長(zhǎng)超一倍；而僅美國(guó)一地，到2030年的能耗就可能達(dá)到這一水平。

這種增長(zhǎng)并非個(gè)例：瑞典的數(shù)據(jù)中心能耗預(yù)計(jì)到2030年翻倍，到2040年再翻一倍；英國(guó)未來十年內(nèi)的能耗則可能增長(zhǎng)5倍。

從全球范圍看，數(shù)據(jù)中心能耗已占全球總能耗的2%；在美國(guó)，這一比例高達(dá)3%（與當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)中心密集度相關(guān)）。更值得關(guān)注的是，受AI需求驅(qū)動(dòng)，到2030年，數(shù)據(jù)中心能耗占全球電力消耗預(yù)測(cè)的比例可能升至8%。

用最新的紅寶石等級(jí)電源來對(duì)比，如果一個(gè)2000W的服務(wù)器電源，從之前的鈦金升級(jí)到紅寶石，在滿載運(yùn)行一年時(shí)，一年將能夠節(jié)省209.4kWh（度）電。一個(gè)普通的數(shù)據(jù)中心可能會(huì)有上千臺(tái)服務(wù)器，那么一年可以節(jié)省超過20萬(wàn)度電。

與此同時(shí)，對(duì)于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心而言，冷卻散熱也是一筆重要的支出，當(dāng)電源的效率提高，意味著同功率下被浪費(fèi)的電力減少，而被浪費(fèi)的電力主要以熱能的形式釋放。所以電源效率提高，也有助于降低冷卻部分的能源支出。

從長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的角度看，更高效率的電源，比如紅寶石等級(jí)的電源可以幫助數(shù)據(jù)中心降低運(yùn)營(yíng)成本。

為了降低數(shù)據(jù)中心的能耗，以及應(yīng)對(duì)機(jī)架功率不斷提高的挑戰(zhàn)，英偉達(dá)甚至在今年COMPUTEX 2025上推出800V HVDC架構(gòu)，通過使用工業(yè)級(jí)整流器，在數(shù)據(jù)中心周邊就將13.8 kV 交流電網(wǎng)輸入直接轉(zhuǎn)換為800 V HVDC，消除了大多數(shù)中間轉(zhuǎn)換步驟，更大限度地減少在多個(gè)AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換期間的能源損失。

不過，這種架構(gòu)初期投入成本可能也會(huì)較高，未來可能只用于超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。服務(wù)器PSU電源依然會(huì)是未來數(shù)據(jù)中心的主流選擇。

第三代半導(dǎo)體助力提高服務(wù)器電源效率

近幾年，隨著第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)增長(zhǎng)，相關(guān)器件的價(jià)格降低，也加速了第三代半導(dǎo)體功率器件進(jìn)入到更加廣泛的領(lǐng)域。

尤其是對(duì)于功率轉(zhuǎn)換要求越來越高的服務(wù)器PSU領(lǐng)域，成為了當(dāng)前主流SiC/GaN功率器件廠商的重點(diǎn)關(guān)注市場(chǎng)。

今年2月，臺(tái)達(dá)就宣布推出針對(duì)AI服務(wù)器設(shè)計(jì)的5500W高功率服務(wù)器冗余電源獲得了紅寶石級(jí)認(rèn)證，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97.5%。該電源采用了第三代半導(dǎo)體功率器件，功率因數(shù)校正階段（PFC）采用軟開關(guān)技術(shù)，在滿載時(shí)的功率因數(shù)高達(dá)0.99，接近理想值1。

早在2023年，英諾賽科推出了一款2kW的服務(wù)器電源方案，功率密度達(dá)到76W每立方英寸，采用 InnoGaN 650V 氮化鎵芯片以及圖騰柱無橋 PFC+LLC 結(jié)構(gòu)，峰值效率達(dá)到96.5%，目前看來是可以符合紅寶石級(jí)要求的。

今年的上海慕展上，英諾賽科還展示了一款4.2KW PSU參考設(shè)計(jì)，體積僅為185*659*37(mm3)，采用圖騰柱無橋PFC+LLC結(jié)構(gòu)，效率高達(dá)96.8%，滿足未來服務(wù)器PSU需求。據(jù)稱目前其GaN功率器件產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入到長(zhǎng)城、浪潮等電源和服務(wù)器大廠的供應(yīng)鏈。

納微半導(dǎo)體在中國(guó)電源學(xué)會(huì)年會(huì)2024上，介紹了一種服務(wù)器電源方案，采用GaN HEMT IC+Si MOSFET組合的交錯(cuò)并聯(lián)圖騰柱PFC，峰值效率能夠達(dá)到99.4%，這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紅寶石級(jí)最高96.5%的效率要求。在開關(guān)管方面，該方案選擇了4顆納微GaN Safe系列的NV6515（650V,32mΩ max）IC，和2顆英飛凌IPT60R040S7 硅MOSFET，并且提供40微亨和200微亨兩種電感規(guī)格，分別為高效率和高功率密度場(chǎng)景設(shè)計(jì)。

而今年5月的Computex期間，納微半導(dǎo)體還推出了一款專為超大規(guī)模AI數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的最新12kW量產(chǎn)電源參考設(shè)計(jì)。該12kW電源遵循ORv3規(guī)范及開放計(jì)算項(xiàng)目（OCP）標(biāo)準(zhǔn)，采用第三代快速碳化硅MOSFET和新型IntelliWeave數(shù)字技術(shù)，以及配置于三相交錯(cuò)TP-PFC和FB-LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的高功率GaNSafe氮化鎵功率芯片，實(shí)現(xiàn)最高97.8%的超高效率。

英飛凌此前發(fā)布的數(shù)據(jù)中心電源路線圖上也表示，將推出兩款混合使用硅、GaN、SiC三類晶體管開關(guān)以實(shí)現(xiàn)100W每英寸立方的高功率密度和97.5%的高轉(zhuǎn)換效率的服務(wù)器電源，采用全數(shù)字控制交錯(cuò)式無橋圖騰柱PFC搭配全橋GaN LLC電路設(shè)計(jì)。

小結(jié)：

數(shù)據(jù)中心基建隨著AI浪潮持續(xù)擴(kuò)張，今年以來，從AI數(shù)據(jù)中心上下游廠商，包括算力硬件、PCB、電源、功率等廠商的業(yè)績(jī)都能夠看到，AI數(shù)據(jù)中心的需求正在成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新一輪增長(zhǎng)動(dòng)能。另一方面，數(shù)據(jù)中心的高額電力成本，也帶來了極大的降本增效的需求，而提高能源利用效率，需要更高效的電源拓?fù)洹⒌谌雽?dǎo)體功率器件等的支撐。