《產業分析》電源廠無真本事 難登800VDC「高」梁山

「AI算力即國力」與AI新興應用激增，吸引各國政府及CSP(雲端服務商)加速AI資料中心建置，推升NVIDIA GPU及ASIC晶片功耗不斷攀高，預估2030年單顆AI晶片功耗極可能超過2KW，加上Meta、OpenAI、Google等大廠紛紛規劃GW級別AI資料中心，據DIGITIMES統整資料，Meta的Prometheus、Hyperion兩項資料中心計劃預計容量目標共計爲6GW，OpenAI和甲骨文等共同推動的星門計劃(Stargate)資料中心容量目標4年內達10GW，AI資料中心用電需求將從MW進入GW級別，預估2030年全球資料中心用電量將成長2~3倍，最高可達1,264TWh， AI資料中心需「電」孔急，已非現有的能源基礎建設可以支撐，如何滿足AI資料中心龐大電力需求成爲各國政府、CSP廠首要任務。

就當前AI資料中心供電系統(從電廠電網33k Vac到伺服器晶片0.65 Vdc)來看，電廠發電後，透過PCS(Power conditioning system)多電力功率調節器，將電網(33K Vac)交流電的電壓不斷地降壓，逐步傳輸至自動轉換開關(400/480Vac)、不斷電系統、配電單元、電源機櫃(可搭配電池備援模組BBU/機架式電容)，然後藉由Convertor將交流電轉爲直流電供AI資料中心使用。

據瞭解，NVIDIA推出的800VDC架構，聚焦在市電網進入AI資料中心部分，由於電源瓦數(功率)(W)= 電壓(V) * 電流(安培A)，同樣瓦數下，電壓愈高，電能耗損隨電流降低而減少，NVIDIA希望藉由HVDC(800Vac)，將電網的交流電直接轉換爲800V 直流電，供應給直流機架式電源，再透過DC/DC 轉換器(Switch Power Supply)(交換式電源)，以50Vdc轉供應12/6Vdc—12Vdc—GPU晶片端0.65Vdc，一方面減少轉換次數，另一方面透過高電壓降低電流，減少電能損耗並提高輸電效率。

儘管相較於當前54V系統，AI資料中心採用800VDC電源架構可提升5% 的端到端電源效率、減少45%的銅材使用量，並降低約70% 的維護成本，進而實現更高的運算密度、能源效率和系統可靠性，但800V高電壓已屬重電等級，對多以生產中低壓電源產品爲主的電源廠來說，生產33KW、55KW以上高瓦數又符合800V高電壓標準的伺服器電源並非易事。

再者，由於800VDC電力/電源架構串接來自各式如：火力/風力/太陽能等電廠到市電網，且電網爲串連不斷電系統等各種不同電壓需求的電子/電力設備，交流電電壓必須不斷升降電壓，甚至轉直流電，如何在不斷升降電壓，以及交流電轉直流轉換過程中降低電力能源耗損，維持AI資料中心穩定供電是巨大挑戰。

目前從電廠(交流電)到負責供應市電各種電壓的電網，變壓器一直扮演關鍵角色，但傳統的重電變壓器以轉換不同電壓的交流電爲主，且電網傳輸過程中，不同電壓的層層轉換，難以避免造成電力巨大耗損，也因此，使用電力電子元件(如：功率半導體)來替代傳統電磁變壓器電力轉換的固態變壓器(Solid State Transformer,SST)或電力電子變壓器(Power Electronic Transformer,PET)開始廣泛應用於電網/微電網系統，只是這個利用電子技術來轉換電壓和電流的新型變壓器，必須結合電力電子及電源轉換技術，又要串接到AI資料中心，高技術門檻，非一般傳統重電變壓器廠或電源廠所能因應，必須擁有電網—資料中心—晶片電源全方位解決方案能力，纔有機會入門搶商機。