電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）近日，英偉達(dá)宣布將舉辦一場(chǎng)私人峰會(huì)，邀請(qǐng)聚焦數(shù)據(jù)中心電力問題的初創(chuàng)公司參會(huì)，共同應(yīng)對(duì)可能阻礙人工智能發(fā)展的電力難題。當(dāng)下，大模型訓(xùn)練與推理對(duì)算力的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心的能耗問題愈發(fā)突出。國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示，全球數(shù)據(jù)中心電力消耗占全球總用電量的1% - 2%，在AI密集部署地區(qū)，這一比例更高。生成式AI的爆發(fā)更是讓情況雪上加霜，單個(gè)大型AI模型訓(xùn)練的能耗堪比數(shù)百戶家庭一年的用電量。

此外，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施更新滯后、可再生能源供給不穩(wěn)定、高峰時(shí)段電力調(diào)配困難等問題，使數(shù)據(jù)中心常常面臨供電不足、限電停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)得州曾因極端天氣導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰，中國(guó)部分地區(qū)也對(duì)高耗能數(shù)據(jù)中心實(shí)施用電配額管理。在這場(chǎng)能源危機(jī)面前，作為AI算力核心提供者的英偉達(dá)，必然是希望通過舉辦峰會(huì)匯聚各方智慧，探索破局之法。

800V直流供電：開啟數(shù)據(jù)中心能源新革命

在最近的OCP全球峰會(huì)上，英偉達(dá)發(fā)布800V直流白皮書，為AI數(shù)據(jù)中心的供電路線圖指明了方向。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心大多采用交流供電，需經(jīng)變壓器降壓、整流為直流后供服務(wù)器使用，過程中多次能量轉(zhuǎn)換，整體能效僅85% - 90%。而英偉達(dá)推動(dòng)的800V高壓直流（HVDC）供電系統(tǒng)，可直接將電網(wǎng)高壓直流電輸送至服務(wù)器機(jī)柜，減少中間環(huán)節(jié)，將供電效率提升至95%以上。

800V直流供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)十分顯著。英偉達(dá)白皮書顯示，與415V交流系統(tǒng)相比，在相同線規(guī)下，其可承載超過150%的功率。三線制直流布線還能節(jié)省材料，簡(jiǎn)化安裝與維護(hù)流程。

為推動(dòng)該架構(gòu)廣泛應(yīng)用，英偉達(dá)攜手多家頂尖供應(yīng)商，提供SiC/GaN高效器件，支持高壓、高效率電源轉(zhuǎn)換。臺(tái)達(dá)電子等電力系統(tǒng)組件領(lǐng)域的佼佼者，為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在中國(guó)本土供應(yīng)鏈中，蘇州英諾賽科是全球首家量產(chǎn)8英寸硅基氮化鎵晶圓的公司，也是國(guó)內(nèi)唯一入選英偉達(dá)800V架構(gòu)供應(yīng)商名錄的芯片企業(yè)；深圳麥格米特是英偉達(dá)GB200電源獨(dú)家代工商，產(chǎn)品兼容性和效率出色；領(lǐng)裕國(guó)際也憑借專業(yè)能力成為關(guān)鍵供應(yīng)商。

按照英偉達(dá)的技術(shù)路線規(guī)劃，800V直流供電架構(gòu)的推廣將分三階段進(jìn)行：先在現(xiàn)有機(jī)房增設(shè)800VDC電源柜；再實(shí)現(xiàn)交流與直流混合架構(gòu)；最終實(shí)現(xiàn)完全直流化，構(gòu)建完整的直流供電鏈路。

多維度創(chuàng)新：全方位攻克供電瓶頸

AI數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜精密的鏈條，涉及電網(wǎng)接入與配電、UPS不間斷電源系統(tǒng)、PDU（電源分配單元）、服務(wù)器電源模塊、芯片級(jí)供電管理等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都存在能效瓶頸和優(yōu)化空間。

當(dāng)前，電網(wǎng)接入與配電面臨諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)性和峰值壓力，難以匹配AI負(fù)載持續(xù)高功耗的特性。為此，有多種應(yīng)對(duì)方案：引入微電網(wǎng)系統(tǒng)，結(jié)合本地光伏、儲(chǔ)能電池和柴油發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)能源自治；與電網(wǎng)公司合作參與需求響應(yīng)計(jì)劃，在電價(jià)低谷時(shí)集中運(yùn)算，減輕電網(wǎng)壓力；部署智能配電管理系統(tǒng)，如AI驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)與調(diào)度平臺(tái)，動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)柜供電優(yōu)先級(jí)。

在UPS系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)鉛酸電池UPS存在響應(yīng)慢、壽命短、維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。新型方案應(yīng)運(yùn)而生，如鋰電UPS、飛輪儲(chǔ)能和氫燃料電池。微軟已在部分?jǐn)?shù)據(jù)中心測(cè)試氫燃料電池作為主電源，實(shí)現(xiàn)了零碳排放且續(xù)航能力強(qiáng)。模塊化UPS設(shè)計(jì)可按需擴(kuò)容，避免能源浪費(fèi)，也成為行業(yè)趨勢(shì)。

在PDU與服務(wù)器電源模塊層面，提升轉(zhuǎn)換效率是關(guān)鍵。800V直流供電在此取得了突破，采用GaN和SiC等寬禁帶半導(dǎo)體材料制造電源轉(zhuǎn)換器，可降低開關(guān)損耗，提升高頻工作效率。谷歌定制服務(wù)器全面采用高效電源模塊，效率超過96%，還開源設(shè)計(jì)推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。

芯片級(jí)供電管理是最精細(xì)也是最關(guān)鍵的節(jié)能戰(zhàn)場(chǎng)?，F(xiàn)代AI芯片功耗高達(dá)數(shù)百瓦，且負(fù)載波動(dòng)劇烈，傳統(tǒng)的固定電壓供電方式極易造成能源浪費(fèi)。為此，多家芯片企業(yè)推出了創(chuàng)新方案。

英偉達(dá)在其H100和B200 GPU中引入動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)（DVFS） + 精細(xì)粒度電源門控技術(shù)，根據(jù)計(jì)算任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)整核心電壓與頻率，非活躍單元自動(dòng)斷電，實(shí)現(xiàn)“按需供電”。同時(shí)，通過NVLink - C2C互連技術(shù)優(yōu)化芯片間通信能效，減少無效功耗。

AMD在其MI300系列AI加速器中采用3D V - Cache堆疊與先進(jìn)封裝技術(shù)，縮短數(shù)據(jù)傳輸路徑，降低功耗。同時(shí)，集成專用電源管理單元（PMU），支持多級(jí)休眠模式，在空閑時(shí)將功耗降至最低。

谷歌自研的TPU（張量處理單元）從架構(gòu)層面進(jìn)行重構(gòu)，采用脈動(dòng)陣列（Systolic Array）設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)計(jì)算，極大減少了數(shù)據(jù)搬運(yùn)帶來的能耗。最新一代TPU v5p能效比相比傳統(tǒng)GPU提升達(dá)3倍。

寒武紀(jì)MLU370系列支持多精度計(jì)算切換，在推理任務(wù)中自動(dòng)降精度運(yùn)行以節(jié)省電力；壁仞B(yǎng)R100芯片采用“異構(gòu)融合架構(gòu)”，將計(jì)算、存儲(chǔ)、供電管理集成于單芯片，減少外部供電損耗。

針對(duì)AI數(shù)據(jù)中心的“電力短缺”與“供電瓶頸”，電源管理芯片和功率半導(dǎo)體廠商也從材料、架構(gòu)、控制算法三方面進(jìn)行創(chuàng)新。

在材料方面，傳統(tǒng)硅基芯片難以滿足需求，氮化鎵（GaN）允許電源高頻工作，可縮小體積、降低損耗；碳化硅（SiC）耐壓耐熱性強(qiáng)，適合服務(wù)器電源前端，降低高壓端傳導(dǎo)損耗。如納微半導(dǎo)體推出GaNFast?芯片，4.5kW服務(wù)器電源方案效率超過97%，提升了算力供電能力；德州儀器推出基于GaN的集成電源模塊，與英偉達(dá)合作開發(fā)支持800VDC架構(gòu)芯片。

在架構(gòu)方面，芯片級(jí)供電將電壓調(diào)節(jié)模塊移至處理器附近，減少電阻損耗；數(shù)字電源管理用數(shù)字信號(hào)處理器取代模擬控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整輸出。例如，PowerLattice提出“電源芯片組”概念，集成電源管理功能，降低系統(tǒng)功耗；德州儀器推出雙相智能功率級(jí)，減少PCB面積、提高電流輸送能力。

在控制策略上，自適應(yīng)電壓縮放（AVS）技術(shù)中，芯片傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載，動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓，消除“電壓裕量”浪費(fèi)。AMD處理器廣泛支持該技術(shù)，配合矽力杰方案實(shí)現(xiàn)全鏈路動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)級(jí)方案中，800V高壓直流（HVDC）優(yōu)勢(shì)顯著，可降低傳輸損耗和銅材用量。SuperX Digital Power發(fā)布Panama - 800VDC架構(gòu)，系統(tǒng)效率提升至98.5%；芯朋微針對(duì)800V系統(tǒng)推出相關(guān)芯片，解決高壓側(cè)控制與供電難題。

除芯片級(jí)優(yōu)化外，行業(yè)還在探索更多前瞻的解決方案，以進(jìn)一步破解數(shù)據(jù)中心能源困局。從系統(tǒng)層面看，液冷冷卻技術(shù)的普及間接緩解了電力壓力。傳統(tǒng)風(fēng)冷效率低，需大量空調(diào)制冷，耗電巨大，而液冷可將散熱能耗降低40%以上，使更多電力用于實(shí)際計(jì)算。目前，英偉達(dá)、阿里云、騰訊均已部署大規(guī)模液冷數(shù)據(jù)中心。

寫在最后

應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心電力短缺，未來不能僅依賴單一技術(shù)的突破，而需構(gòu)建“綠色算力生態(tài)系統(tǒng)”，從芯片設(shè)計(jì)、服務(wù)器架構(gòu)、供電系統(tǒng)到冷卻方案、能源來源，進(jìn)行全面協(xié)同優(yōu)化。此外，近段時(shí)間不少國(guó)內(nèi)外企業(yè)開始探索在太空建設(shè)數(shù)據(jù)中心，也不失為一種另外角度的探索。英偉達(dá)即將舉辦電力短缺峰會(huì)，意在通過匯聚全球智慧，共同探索破解數(shù)據(jù)中心能源困局的可行方案，期待參會(huì)企業(yè)能碰撞出新的思路。