功率密度跃升驱动800V DC架构升级，宽禁带功率器件打开成长空间

AI数据中心供电架构面临功率密度瓶颈

随着AI服务器单机柜功率从数十千瓦向百千瓦级乃至兆瓦级演进，传统低压、大电流供电方式在铜耗、线缆、母排及电源空间占用方面的瓶颈日益凸显。以英伟达平台演进为例，从Hopper到Blackwell再到Rubin Ultra，机柜功耗持续攀升，54V机柜内供电架构在200kW以上已触及物理极限。根据功率关系式，提高电压可等比例降低电流，从而减少电阻损耗、节省机柜空间、减少能量转换环节，并便于储能及直流能源接入。这一背景下，800V DC架构成为下一代AI数据中心供电升级的核心方向。

800V DC架构的本质：AC/DC与DC/DC功能解耦

800V DC架构的核心变化在于将传统机柜内PSU承担的AC/DC与DC/DC功能进行解耦。AC/DC转换被移至独立的侧边柜或基建侧，计算机柜内仅保留靠近负载的DC/DC降压环节。这一解耦使得Power Rack与IT Rack的优化目标分化：前者追求极致效率、高压大功率承载能力和长期可靠性，后者则在主板面积和机柜空间严格约束下追求算力密度。从功率半导体角度看，SiC器件因能够承受较高电压和较大功率的同时维持较低损耗，更适合Power Rack侧的大功率AC/DC；GaN器件因开关速度较快、开关过程中的损耗较低，更适合IT Rack侧的高频DC/DC。

第一阶段：Sidecar推动AC/DC外移

第一阶段预计于2026—2027年逐步落地，核心是在保留既有交流基础设施的前提下，将AC/DC转换环节从计算机柜剥离至侧边柜。交流电先送入侧边柜集中转换为±400V DC或800V DC，再向相邻计算机柜供电。该阶段功率半导体增量主要集中在三类模块：PFC、LLC和BBU。

PFC模块负责将三相交流电转换为约800V直流电，SiC已成为该环节主流功率器件。英飞凌方案采用SiC与GaN混合方案，ROHM则提出全SiC方案。LLC模块负责将800V直流电降至约50V直流电，原边存在1200V SiC MOSFET直接承受母线电压，或通过三电平结构使用650—700V GaN的两类方案；副边因电压较低但电流较大，通常采用多路并联的低压硅MOSFET或GaN同步整流。高压BBU方面，备电架构由48V低压向±400V/800V高压演进，瑞萨方案中双向DC/DC采用650V GaN作为主功率开关。

第二阶段：800V DC下沉至计算节点

第二阶段预计于2027—2028年前后导入，核心变化是将800V DC降压位置由计算机柜内的集中式电源搁架进一步下沉至计算刀片。800V直流直接进入Compute Tray，由板载隔离DC/DC模块就地转换为约48/50V，取消计算机柜的800V→50V电源搁架，释放更多空间用于计算和交换设备。

该阶段推动高频GaN器件的渗透率和单机柜用量显著提升。EPC与英伟达联合开发的方案采用输入串联、输出并联的ISOP LLC架构，主功率级使用约48颗GaN器件。英飞凌方案原边使用650V GaN开关，瑞萨方案同样采用650V GaN串联结构。此外，探索将传统多级转换缩短为800V直接降至12V或6V的方案，以减少中间电源模块及其空间占用，重塑各级功率器件的用量与价值量分配。

第三阶段：整流环节集中上移灰区

第三阶段预计于2028年末至2029年前后导入，核心变化是将整流环节由白区内分散部署的列级Power Rack或Sidecar，上移至灰区或室外电力区域。中压交流电通过传统工频变压器降压后，由集中式整流设备统一转换为800V DC，并通过数据厅直流母线向各排计算机柜供电。

该阶段功率半导体增量主要在MW级中央整流系统、直流配电催生的断路保护系统，以及板级DC/DC降压系统的持续渗透。早期MW级中央整流器更可能沿用成熟的1200—1700V硅基IGBT或晶闸管，灰区对体积和重量的约束弱于白区，系统可采用较低开关频率和较大的磁性器件，以成本、可靠性和易维护性优先。中长期随着系统对效率、功率因数、快速动态响应等要求提高，SiC模块有望逐步替代部分IGBT。直流配电方面，800V直流配电必须重新配置保护系统，包括熔断器及机械直流断路器、采用IGBT/IGCT/SiC的固态断路器SSCB、混合式断路器，以及机柜入口的eFuse和热插拔开关等分层保护方案。

第四阶段：SST直连中压电网

第四阶段为远期目标形态，由固态变压器直接将13.8—34.5kV中压交流转换为800V或更高电压的直流母线。功率半导体增量需求主要集中在SST本体，分布于中压AC/DC输入级、高频隔离DC/DC的原边和副边、800V输出调节，以及单元旁路和系统保护等位置。

SST拓扑结构尚未完全定型，正形成SiC级联和低压GaN级联两条路线。SiC级联路线中，Microchip方案采用42个1200V级联功率单元构成约1.4MW系统；3.3kV SiC已有商业化产品验证，用于5—10MW模块化SST；10kV SiC样机则采用更高阻断电压以进一步减少功率单元级联数量。低压GaN级联路线以Enphase IQ SST为代表，采用342个约4kVA低压GaN功率单元构成1.25MW系统，以更多模块和更复杂的控制系统换取较低的单元电压，利用GaN门极电荷和开关损耗较低的特点，将平均开关频率提高至250kHz以上。

宽禁带功率器件产业链布局

上游材料及外延环节包括天岳先进、天科合达等；代工环节包括芯联集成；功率器件与模块环节包括斯达半导、士兰微、华润微、扬杰科技、东微半导、英诺赛科、时代电气、新洁能、宏微科技、捷捷微电等。