2025年服务器电源行业研究：AI芯片功耗提升，高功率电源景气上行

一、数据中心电力系统

数据中心电气系统：包括UPS、AC/DC、DC/DC等多层次

“数据中心供配电系统”是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电路系统，将主要包括：高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统（ATSE）、输入低压配电系统、不间断电源系统（UPS）系统、UPS列头配电系统和机架配电系统、电气照明、防雷及接地系统。

供电体系包括 UPS/HVDC 两种: UPS：当前 UPS(交流不间断电源)是为 IT 设备供 电的主要方式。电池电能经 DC/DC适配器，转换 至 UPS 内部直流母线上，再历经逆变环节转变为 交流电，为后端的IT设备供电。 HVDC：HVDC 供电技术方案在我国历经多年的 迅猛发展与规模化应用，逐渐获得运营商的认可与 采用，从而形成了 HVDC 与 UP S 并存的局面。 HVDC 通过标称电压为DC240V 或 DC3 3 6V的输 出母线，直接为下游IT设备的适配器供电，并在直 流母线上接入电池，作为 IT 设备的备用电源。相 较于其他方式，在电池充放电管理过程中，HVDC 功率变换环节更少，因而效率和可靠性更高。正常 工 作 时 ， 处 于 整 流 状 态 的 H V D C ， 其 效 率 已 与 UPS 的双变换状态基本相当。

UPS：我国UPS市场高速增长，大功率+高端化趋势显著

UPS，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。 当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时, UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏；还可以消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源。

柴发：IDC备电系统核心机组，海外企业市占率高

发电机组由发动机、发电机和控制系统组成，所以叫发电机组，柴油发电机组是以柴油机为原动机，拖动同步发电机发电的一种电源设备，是一种起动迅速、操作维修方便、投资少、对环境的适应性能较强的发电装置。 柴油发电机组海外市场主要分传统市场与新兴市场。传统市场主要包括欧洲国家与北美区域。欧美是国际柴油发电机最大市场，主要推动力来自电信领域与IT科技、部分欧盟补助资金。新兴市场包括非洲地区与中东国家、东南亚与大洋洲、南北极地区等。据华经产业研究院，2023年全球柴油发电机组收入约为1658.68亿美元，同比增长10.47%。

AD/DC：起降压与整流作用，功率密度持续提升

AC/DC电源嵌在服务器机架上，作用为降压和整流。AC/DC电源根据可负载瓦数、能源转化率、材料等加以区分。 1）功率：服务器的电源功率是确保其正常运行和性能表现的重要因素，了解服务器的电源功率不仅有助于选择合适的电源，还能提高系统的稳定性和效率。 2）能源转化率：可分为铜牌、银牌、金牌、白金牌、钛金牌等。80 PLUS Tit anium 标准要求电源在230 V输入下，在10%负载下效率为 90%，在 50% 负载下效率为 96%，在 100% 负载下效率为 91%。 ● 3）材料：硅是电源半导体的主要材料，但用于人工智能应用的下一代电源的性能和效率要求超出了硅的极限。因此，业界正在转向宽带隙材料，例如碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)。

产业链：上游半导体材料等影响成本，中游厂商为电源品牌

电源产业链上游主要包括半导体、电阻电容、磁性材料等原材料;中游则包括加工设备企业和电源加工服务企业;下游包括消费电子、智能照明、网络通信、安防监控、汽车电子、数据中心等电源应用。 从产业链各环节代表性企业来看，上游半导体企业主要有杜邦、霍尼韦尔、中环半导体等，半导体设备企业主要有佳能、尼康、ASML等；中游电源加工重点企业主要有中恒派威、阳光电源、奥特迅、科士达、英可瑞、科陆电子等电源品牌；下游的重点电源应用则包括阿里巴巴、中国电信、中国联通、华为、百度、索尼等。

二、电源需求：大厂投入算力采购促进需求提升

国内：AI算力市场持续景气，推理占比持续提升

中国加速芯片市场持续增长。据IDC，2 0 2 4上半年，中国加速芯片的市场规模达超过9 0万张。从技术角度来看，GPU卡占据80%的市场份额。 推理占比持续提升。据IDC，2024H1，用于推理的人工智能芯片占据了61%的 市场份额。据I DC，预期2023-2027年，推理AI服务器工作负载占比从41%提升至73%左右。 2 0 2 4H1，中国AI服务器增长迅速。IDC数据显示，2 0 2 4上半年中国加速服务器市场规模达到5 0亿美元，同比2 0 2 3上半年增长6 3%。其中GPU服务器依然占主导地位，达到43亿美元。同时NPU、ASIC和FPGA等非GPU加速服务器以同比182%的增速达到近7亿美元市场规模。

高端处理器功耗提升，促进高功率电源需求提升

随着AI芯片及AI服务器的市场规模扩大，且芯片功耗增长提高电源功率要求，我们认为高功率电源市场规模增速有望提升。 AI芯片及AI服务器市场快速增长，英伟达营收连续三季度同比翻倍增长。据Precedence，预期2026年全球AI芯片市场规模477亿美元，2024-2026年CAGR为29.72%；FY2024 Q4，英伟达收入达221亿美元，环比+22%、同比+265%，实现营收连续三季度同比翻倍增长。据Statistics，预期2026年全球AI服务器出货量达到236.9万台，2024-2026年预期CAGR为25.50%。AI芯片功耗能力提升，电源市场规模增速有望提升。2024年，英伟达发布B200，采用N4P制程，封装2080亿晶体管，而H100晶体管为800亿、采用N4制程，这带来B200封装密度提升、功耗达1000W，对电源提出更高要求。

机柜功率持续提升，智算中心投资密度提升

从机柜功率来看，通算单机柜平均功率由 6~8kW 向 10~20kW 发展，智算单机柜平均功率将由15~20kW向40~60kW演进。为满足组网距离和单机柜功率要求，智算中心机房需转变传统数据中心分层平铺式的架构，推进研究以IT 设备为核、配套环围的智算中心立体辐射式架构，配套/IT 空间比由原先的 1:2 转变为 2（3）:1。 据《中国智算中心(AIDC)产业发展白皮书(2024 年)》(华信咨询设计研究院)，在数据中心IT投资中，服务器与网络安全配套比例约为 3: 1（网络安全配套中，网络占大头），智算中心约为 6: 1；数据中心软件系统占投资也更高。液冷智算中心投资更大、面积更小：相较于风冷，液冷投资增加约 18%，改造场景下面积缩小约 18%，新建场景下面积更小，缩小约30%。

三、电源供给：存在材料与拓扑技术壁垒

高功率电源：对功率密度与能效转化要求高

据Navit a s，下一代AI GPU如英伟达Bl a ckwe ll B100和B200，在进行高功率计算时均需要超过1kW的功率支持，是传统CPU的3倍。在高涨的功率需求下，每个数据中心机柜的功率规格将从30-40kW推高至100kW。 服务器电源连接服务器，需要保证体积规格稳定。我们认为，伴随芯片功耗与电源功率提升，更大难点在于功率密度与能源转化效率的提升。未来功率密度的进一步升级可能有赖于拓扑结构的设计改进及电子元器件的升级。

半导体元器件：GaN比Si Mos更高能效，更高功率密度

英飞凌表示，Si、SiC 和 GaN 三种半导体材料的独特组合，有助于提升AI服务器和数据中心系统的可持续性与可靠性。碳化硅（SiC）是最成熟的WBG宽带隙半导体材料， 它已经广泛用于制造开关器件，例如MOSFET和晶闸管。氮化镓（GaN）具有作为功率器件半导体的潜力，并且在射频应用中是对硅的重大改进。 Cr e e推出了首款商用900V SiC功率MOSFET，而且推出Wolfspe ed 650V碳化硅MOSFET产品组合；Mi c rochip和ROHM均已发布了新的SiC MOSFET和二极管；ADI公司已经生产出用于高频应用的GaN器件，并相信这种材料将有助于设计人员减小尺寸和重量，同时实现更高的效率和扩展带宽。

开关电源电路拓扑：影响服务器电源的功率密度

开关电源电路拓扑是指功率器件和电磁元件连接在电路中的方式，而磁性元件设计、闭环补偿电路以及所有其他电路元件的设计都依赖于拓扑。最基本的拓扑是Buck(降压式)、Boost(升压式)和Buck/Boost(升/降压)，单端反激(隔离反激)，正激、推挽、半桥和全桥变化器。

报告节选：

编辑：火腿肠