英伟达带头冲刺800V直充，功率芯片厂商迎发展新机遇

在全球OCP峰会上，英伟达(NVIDIA)将关注焦点投向了千兆瓦级AI工厂的未来演进趋势，并带来一系列尖端技术成果与创新实践的集中展示。其中，800V直流架构(VDC)成为备受瞩目的技术亮点，正引领数据中心能源体系开启新一轮变革浪潮。

与传统415V或480V交流三相供电系统相比，800V直流架构展现出显著的技术优势。从物理传输层面来看，在相同截面的铜芯线缆上，800V直流系统可实现超过150%的功率传输能力。这意味着以往单个机架供电所需的200公斤铜母线可大幅缩减，为数据中心运营商节省数百万美元的基础设施投入。

在数据中心实际应用场景中，800V直流架构有效增强了系统的弹性扩展能力，让数据中心能够从容应对持续增长的算力需求；其更高的整机效率有效减少了电能传输环节的损耗，与当前绿色节能的发展趋势高度契合；同时，该架构大幅降低了原材料使用量，优化了整体成本结构，并为数据中心带来更高的功率密度与性能容量。事实上，电动汽车和太阳能行业早已因类似能效收益采用800V直流基础设施，如今数据中心领域也正式迎来这一技术变革浪潮。

作为积极响应者，富士康公布了专为800V直流架构打造的40兆瓦台湾高雄1号数据中心项目；CoreWeave、Lambda等20余家行业先行者也纷纷投身800V直流数据中心的建设实践。此外，Vertiv推出了兼顾空间节省、成本优化与能效提升的800V直流MGX参考架构，惠普宣布全面支持相关技术标准，共同构建完善的800V直流生态系统。

超过20家英伟达生态伙伴正在协力开发符合开放标准的机架式服务器解决方案，为未来千兆瓦级AI工厂的建设提供坚实的技术支撑。

核心芯片供应商：亚德诺半导体(Analog Devices, Inc., ADI)、AOS、宜普电源转换(EPC)、英飞凌(Infineon)、Innoscience、芯源系统(MPS)、纳微半导体(Navitas)、安森美(onsemi)、Power Integrations、瑞萨电子(Renesas)、立锜科技(Richtek)、罗姆半导体(ROHM)、意法半导体(STMicroelectronics)和德州仪器(Texas Instruments)

电源系统组件供应商：贸联电子(BizLink)、台达电子(Delta)、伟创力(Flex)、GE Vernova、领益科技(Lead Wealth)、光宝科技(LITEON)和麦格米特(Megmeet)

数据中心供电系统供应商：ABB、伊顿(Eaton)、GE Vernova、Heron Power、日立能源(Hitachi Energy)、三菱电机(Mitsubishi Electric)、施耐德电气(Schneider Electric)、西门子(Siemens)和Vertiv

值得关注的是，包括中国大陆及台湾地区在内的合作伙伴数量可观，特别是英诺赛科成为本土芯片行业唯一入选的合作伙伴。此外，还有包括PI在内的多家企业也加入了这一技术生态体系。

英诺赛科——全球唯一氮化镓IDM企业

作为业内唯一的全栈氮化镓供应商及领先的氮化镓IDM企业，英诺赛科是目前全球唯一实现1200V至15V氮化镓量产的科技公司，能够提供从800V到1V的全链路解决方案。这一技术优势使英诺赛科成为目前唯一有能力为所有电源转换环节提供全GaN功率解决方案的供应商，从容应对未来架构为满足更高功率需求的演变。

英诺赛科最新技术报告显示，基于48V电压的传统人工智能系统正面临严峻挑战——系统效率低下、铜耗过高，超过45%的总功耗耗费在散热环节。未来的AI计算集群若沿用传统PSU电源设计方案，将面临无法容纳计算单元的空间困境。而800 VDC架构正是支撑系统从千瓦级跃升至兆瓦级的理想解决方案。

除了向800V机架电源的过渡需求外，该架构还要求在800V至1V的电压转换中实现超高功率密度和超高效能。只有氮化镓功率器件(GaN)能够同时满足这些严苛的技术要求。

为满足800 VDC架构的功率密度需求，电源开关频率需要提升至近1MHz，从而有效缩小磁性元件和电容器的物理尺寸。现有典型机架式电源的最高开关频率约为300kHz，若提升至1MHz可使磁芯尺寸缩减约50%。

在800V输入侧应用场景中，英诺赛科氮化镓(GaN)与碳化硅(SiC)相比，在每个开关半周期间可降低80%的驱动损耗和50%的开通损耗，从而实现整体功耗降低10%的能效突破。

在54V输出端，仅需16颗英诺赛科氮化镓器件即可实现与32颗硅MOSFET相同的导通损耗性能，不仅将功率密度提升一倍，还使驱动损耗降低90%。

与现有架构中的硅MOSFET相比，800 VDC的低压电源转换阶段采用氮化镓材料，可将开关损耗降低70%，并在同等体积内实现功率输出提升40%，大幅提升系统的整体功率密度。

基于氮化镓的低压功率级具备良好的扩展性，能够支持更高功率的GPU型号，其动态响应性能得到显著提升，同时降低了电路板上的电容成本。

Power Integrations——业界独家1700V氮化镓供应商

Power Integrations产品开发副总裁Roland Saint-Pierre表示："随着人工智能对电力需求的持续攀升，采用800VDC输入方案可显著简化机架设计流程、提升空间利用效率并减少铜材用量。随着机架电力需求的不断升级，我们认为1250V和1700V PowiGaN器件正是主电源和辅助电源的理想选择，它们能够充分满足800VDC数据中心对效率、可靠性和功率密度的严苛要求。"

Power Integrations最新推出的InnoMux-2 EP IC芯片，是专门面向800VDC数据中心辅助电源应用的创新解决方案。该器件内部集成的1700V PowiGaN开关技术支持1000VDC输入电压，其创新性SR ZVS工作模式可在液冷无风扇的800VDC架构中为12V系统提供超过90.3%的转换效率。

目前市场上大部分商用器件的额定耐压通常低于200V，或者额定耐压介于600V至650V之间。在650V以上电压领域，仅有少数制造商推出了900V额定耐压的GaN HEMT器件。基于硅衬底的商用GaN HEMT技术难以实现900V以上的电压扩展，因为这需要极其厚的缓冲层，从而带来显著的工艺挑战。

因此，需要1200V及以上宽禁带功率器件的应用场景一直受限于使用SiC开关器件。然而，与SiC相比，GaN能够实现更高的开关频率，在保持高效率的同时，为满足AI数据中心等应用日益增长的功率密度需求提供了可行路径。Power Integrations采用其专有PowiGaN技术制造的GaN HEMT具有独特优势，可在实际器件中实现极高的额定耐压，使其成为替代1200V SiC器件及更高电压器件的理想选择。

为在800VDC母线应用中充分发挥GaN的技术优势，通常需要采用两个650V GaN器件进行串联堆叠的半桥结构，共计使用四个650V GaN器件。虽然这种堆叠拓扑结构确实可以在GaN所能达到的高频下工作，但它也带来了多重技术挑战：包括控制复杂性增加、输入电压不平衡导致的可靠性风险、占用空间增大以及导通损耗上升，从而导致效率下降和成本上升。

相比之下，采用1250V额定耐压的PowiGaN开关，不仅能显著简化功率变换器拓扑结构，更能充分利用GaN的特性，这正是使其成为理想高频功率开关的关键所在。

采用1250V的PowiGaN，电源设计人员可以非常放心地确认其设计可以在1000V的峰值VDS下稳定工作，同时满足行业标准的80%降额要求。对于工作峰值VDS超过1000V且高达1360V的应用场景，采用1700V PowiGaN的共源共栅架构可使用户设计出同样高效的电源方案，但此时却是在更高的电压下工作。

上图展示了Power Integrations的共源共栅架构示意图。1250V/1700V GaN HEMT是一款基于Power Integrations专有PowiGaN技术制造的常开、耗尽型器件。它与低压硅MOSFET串联，形成共源共栅结构，以实现有效的常关操作，这对于电力电子系统的安全运行至关重要。耗尽型GaN器件被认为具有极高的可靠性，因为它们无需p型GaN栅极层。因此，它们避免了阈值电压漂移及相关的不稳定性问题，确保了长期运行的稳定性。

PI通过对比采用650V增强型GaN器件与1250V PowiGaN器件在800VDC输入条件下的性能表现，揭示了两种解决方案的技术差异：采用650V堆叠拓扑结构时，若输入电压不平衡，每个半桥之间的GaN器件两端电压可能超过预期的400V。在这种较高的电压应力下，由于HEMT的2DEG通道内的电流崩塌效应，动态RDS(ON)退化将变得更加明显。这些限制凸显了在800VDC输入系统中采用650V增强型GaN堆叠结构时存在的可靠性与效率风险。

复杂驱动设计：堆叠拓扑结构还会增加设计复杂性，尤其是在栅极驱动电路中。每个半桥都需要专用的驱动器及隔离偏置电源，这进一步增加了系统成本、占用空间和设计负担。

效率较低且成本较高：采用具有相近RDS(ON)的GaN器件时，与1250V PowiGaN单管半桥拓扑相比，堆叠拓扑结构会产生更高的导通损耗。这意味着采用1250V PowiGaN设计可采用RDS(ON)值高出2倍的器件，同时仍能实现相同的整体效率和损耗特性。

此外，与具有相近RDS(ON)的1200V SiC MOS相比，1250V PowiGaN可以实现更高频率的LLC，从而实现更高的开关密度。

另外，与具有相近RDS(ON)的1200V SiC MOS相比，1250V PowiGaN能够实现更高开关频率的LLC架构，从而获得更优越的功率密度表现。

德州仪器——最完备的产品组合

针对800V电源转换架构，德州仪器可提供氮化镓(GaN)功率级、数字电源控制器、多相降压稳压器、DC/DC负载点转换器、热插拔控制器、隔离栅极驱动器等完整产品线，全面支持800VDC架构下的高效电源转换需求。

目前业界存在两种主流的800VDC转换架构方案：三段式转换架构将800V首先通过16:1 IBC转换为50V，再经4:1 IBC转换至12.5V，最后通过多相降压稳压器转换为核心电压。相较之下，可优化方案采用8:1 IBC替代4:1 IBC，不仅将效率提升至92.5%，整体效率仍约88%，且支持更高开关频率，有效缩小尺寸、改善瞬态性能并支持背面安装。

另一种双段转换架构则更为直接：64:1 IBC方案将800V直接转换为12.5V输出，整体效率约89%，可省去4:1 IBC转换环节，从而节省空间并降低成本。

128:1 IBC方案：800V通过128:1 IBC直接输出6.25V，再通过多相降压稳压器转换，整体效率约89%。该方案虽然实现更高效率，但存在大电流挑战，需要采用多模块并联以控制电路板损耗。

德州仪器的技术分析表明，在800VDC架构下，两级架构不仅效率更高，功率密度也更具优势。但中高转换比IBC的大电流输出导致电路板损耗控制困难，需采用多模块并联方案。

总体而言，电源芯片需要满足不断提升的能量转换效率，持续优化的系统尺寸与日益增长的功率密度需求。

结尾

英伟达正式发布800V生态系统之后，越来越多的合作伙伴正加速融入这一技术体系。人工智能工作负载的指数级增长正在重塑数据中心格局，对功率密度、效率和可扩展性提出了前所未有的要求。传统的硅基电力电子器件和54V架构已无法满足下一代AI工厂对电力系统的严苛需求。从电网直接到GPU的800V直流架构标志着根本性的转型——它不仅支持兆瓦级功率传输，大幅降低铜材与散热成本，同时显著提升系统整体效率。

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