数据中心供电电压:从48V走向400/800V
随着机架功率上升,数据中心供电方式正在讨论提高电压。电流等于功率除以电压,因此在同样功率下,电压越低,电流越大,导体截面积、铜损和发热都会扩大。当AI机架超过100kW并迈向1MW时,如何区分使用48V、±400V和800V就成为论点。
48V直流:传统的机架内标准
机架内48V直流一直是标准供电方式。电源单元(PSU)生成48V母线,服务器板上的DC-DC转换器再向各器件提供约1V电压。它的优势是有实绩、部件成熟。另一方面,当机架功率变大时,如果仍停留在48V,电流会变得巨大,导体、铜损和空间约束会显现。这正是推动高电压化的起点。
±400V / 800V直流:HVDC化
由超大规模云服务商主导,进入机架的供电正在向高压直流(HVDC)提高。OCP(Open Compute Project)提出的分离式(sidecar)电源机架构想中,供电从机架内48V直流提高到±400V或800V直流,从而支持100kW到1MW的IT机架。±400V相较800V在绝缘和保护方面门槛较低,而800V能进一步降低电流,更容易对应1MW级。
NVIDIA技术博客称,800V DC架构可使端到端效率最高提升5%,维护成本最高降低70%(NVIDIA Technical Blog),并表示将主导面向2027年以后1MW机架世代的800V迁移。
降低电流的效果简单但影响很大。100kW如果以48V供电,理论电流约为2,083A;400V时降至250A,800V时降至125A。电流下降后,导体尺寸、母排、连接部发热和电压降都更容易管理。但高电压化会提高绝缘距离、电弧控制、直流断路器、维护流程和认证部件采购的难度。因此,800V并不是因为效率高就立即替换的技术,而是必须与机架功率密度和设施层设计更新一起考虑的架构变化。
48V / ±400V / 800V 比较01
48V直流(机架内标准)
有实绩,部件成熟。低电压下容易形成大电流,机架功率上升时导体、铜损和空间会成为约束。
02
±400V直流
相比48V可降低电流,相比800V在绝缘和保护方面门槛较低,是中间性的迁移目标。
03
800V直流
进一步降低电流,更容易对应1MW级。效率和维护方面有优势(NVIDIA),但绝缘和直流开断设计难度上升。
04
选择轴
按机架功率区间、绝缘/保护复杂度的容许度、对应部件交期和标准化(OCP)动向来区分使用。
如何选择:迁移的当前位置
选择哪种电压,取决于机架功率区间、绝缘和直流保护的设计容许度,以及800V对应部件的采购交期。现状是“48V仍是有实绩的标准,向±400/800V的迁移正在开始”的阶段,设施、电源和器件各层正在朝同一方向更新设计。
按场景理解选型01
延长现有设施寿命
如果机架功率仍处中等区间,并希望沿用现有PSU、BBU和维护流程,可维持48V,并通过板上DC-DC和冷却改善吸收增长。
02
分阶段高密度化
在100kW以上机架增加、但800V部件仍在成熟的阶段,±400V和sidecar电源机架是现实的中间路径。
03
新建1MW级设施
面向NVIDIA所示2027年以后1MW机架世代,应以800V为前提,同时设计MVAC-LVDC转换、固态断路器和维护安全。
04
采购风险
转换器、直流断路器、连接器、绝缘材料以及经过验证的参考设计,其重要性不低于电压架构本身。
实务上,与其把48V、±400V和800V看成单一胜负关系,不如按设施更新时点区分使用。既有机房可保留48V,新建高密度区域导入±400V或800V,并随服务器世代更新逐步提高供电电压。整体架构和迁移时间表的细节将在相关文章中讨论。
800V直流供电本身的迁移背景、产品时间表与新的设计课题,详见AI数据中心向800V直流供电的迁移。
参考FactCard