【东吴证券】半导体行业深度报告：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-260722（24页）.pdf

核心结论速览：AI机柜功率迈入百千瓦级并向兆瓦级演进，倒逼供电架构升级：英伟达平台从Hopper的10kW级跃升至Blackwell NVL72的120-140kW，Rubin Ultra NVL576预计达600kW。传统54V低压大电流供电在铜耗、线缆及空间占用方面面临明显瓶颈。800VDC架构本质是AC/DC与DC/DC功能解耦：AC/DC被移至独立的侧边柜（Sidecar/PowerRack），计算机柜内仅保留靠近负载的DC/DC降压环节。SiC更适合PowerRack侧大功率AC/DC，GaN更适合IT Rack侧高频DC/DC。四阶段演进路径清晰，2026-2027年进入加速落地期：第一阶段Sidecar（2026-2027年）、第二阶段板载DC/DC下沉（2027-2028年）、第三阶段集中整流上移（2028-2029年）、第四阶段SST直连中压电网（远期目标）。据SemiAnalysis预测，2027年新建数据中心中800VDC渗透率将接近40%，2030年达80%。第一阶段功率器件增量集中在PFC、LLC和BBU：英飞凌30kW PFC单模块含12颗1200V SiC与6颗650V GaN，折算1MW约612颗。ROHM全SiC方案约372-600颗/MW。Navitas 10kW LLC单模块采用4颗650V GaN与16颗100V GaN。第二阶段板载高频DC/DC加速GaN渗透：EPC 6kW 800V-12V方案采用16颗150V GaN与32颗40V GaN。英飞凌与瑞萨延续ISOP LLC思路，原边使用650V GaN。第四阶段SST成为远期终极形态：台达SST系统效率达98.5%，占地面积仅为传统方案的30%。Enphase开发1.25MW IQ SST，由342个约4kVA低压GaN功率单元级联构成。功率密度升级：为什么AI数据中心要升级到800VDC？AI服务器供电正向单柜百千瓦级、未来数百千瓦级演进。以英伟达为例，2023-2024年的Hopper平台整机功耗约10kW；2025-2026年Blackwell时代，NVL72机柜功耗跃升至120-140kW；SemiVision预计2026年下半年导入的Vera Rubin NVL72进入200kW级；2027-2028年的Rubin Ultra则通过多柜互联向600kW至MW级扩展。随着AI机柜功率迈入百千瓦级并向兆瓦级演进，传统54V低压大电流供电方式面临明显瓶颈。以200kW机柜为例，采用54V供电时电流约3,700A，而采用800V供电时仅约250A。提高电压带来多重好处：降低导体电阻损耗：根据P_loss=I²R，在导体电阻不变的情况下，发热与能量损耗随电流平方增长。节省机柜内空间：据英伟达技术博客，若兆瓦级机柜继续沿用54V供电架构，所需电源搁架可能占用高达64U的机柜空间。800V系统可在单个Kyber机架内为576块Rubin Ultra GPU供电，空间利用率提升超80%。减少能量转换环节：800VDC可使数据中心从多级AC配电逐步转向更少转换层级的DC配电。便于储能及直流能源接入：高压直流母线与电池储能、光伏等直流侧设备更为匹配。SiC与GaN的分工：800VDC架构的功率半导体逻辑。800VDC架构的本质变化，是将传统机柜内PSU承担的AC/DC与DC/DC功能解耦：AC/DC被移至独立的侧边柜（Sidecar/PowerRack）；计算机柜内仅保留靠近负载的DC/DC降压环节。两部分的优化目标由此分化：PowerRack侧：面对数十千瓦及更高功率，首要KPI是极致效率、高压大功率承载能力和长期可靠性。SiC器件能够在承受较高电压和较大功率的同时维持较低损耗，更适合PowerRack侧的大功率AC/DC。IT Rack侧：受主板面积和机柜空间严格约束，首要KPI是算力密度。GaN器件因开关速度较快、开关过程中的损耗较低，可以让DC/DC转换器以更高频率运行，缩小变压器、电感和电容等外围器件的体积，更契合计算机柜对空间和算力密度的要求。这一分工已获得产业链厂商背书。Navitas在800VDC白皮书中明确提出类似思路——以高压SiC承担电网侧至800VDC的AC/DC转换，以650V及100V GaN承担高频、高功率密度的800VDC降压。但这一分工并非绝对：英飞凌AI电源方案在前端Power侧使用SiC和GaN混合方案。800VDC架构四阶段演进：部署路径与功率半导体需求。第一阶段（2026-2027年）：Sidecar推动AC/DC外移。第一阶段的核心是在保留既有灰区配电基建的前提下，将AC/DC转换环节从计算机柜中剥离，转移到旁边的Sidecar侧边柜中，SemiAnalysis预计第一阶段于2026-2027年逐步落地。交流电先送入侧边柜集中转换为±400VDC或800VDC，再向相邻计算机柜供电。直流电进入计算机柜后，由Power Shelf将800V降至48/50/54V。功率器件增量集中在三类模块：PFC模块：英飞凌30kW三相PFC参考设计使用12颗1200V SiC MOSFET和6颗650V GaN双向开关，合计18颗主功率器件。按1MW测算，约需408颗1200V SiC和204颗650V GaN，合计612颗。ROHM全SiC方案单模块使用6颗1200V SiC肖特基二极管和6颗750V SiC MOSFET，1MW约需372-600颗SiC功率器件。从当前公开方案看，SiC已成为400VAC转800VDC环节的主流功率器件。800V转50V LLC模块：Navitas 10kW全GaN方案原边采用三电平半桥，配置4颗650V GaN；副边设置4路全桥同步整流，配置16颗100V GaN。原边存在两类方案：一类使用1200V SiC MOSFET直接承受800V母线，另一类通过三电平或输入串联方式使用650-700V GaN。高压BBU：瑞萨800V BBU方案中，双向DC/DC通过堆叠多电平结构，在高频变压器两侧各设置4个主功率开关位，合计8个基础开关位，使主功率级能够使用650V GaN。第二阶段（2027-2028年）：800VDC下沉至计算节点。第二阶段对应800VDC原生计算平台，SemiAnalysis预计于2027-2028年前后逐步导入。核心变化是将800VDC的降压位置由计算机柜内的集中式Power Shelf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。板载高频DC/DC加速GaN渗透：EPC与英伟达联合开发的6kW、800VDC-12.5VDC方案采用输入串联、输出并联的ISOP LLC架构，整机由8个750W LLC子模块组成。每个子模块原边采用2个150V GaN，副边采用中心抽头同步整流（每个支路并联2颗40V GaN），整套主功率级对应16颗150V GaN和32颗40V GaN，合计约48颗GaN功率器件。英飞凌6kW方案原边使用650V GaN开关，副边使用40V硅基MOSFET。第三阶段（2028-2029年）：整流环节集中上移。SemiAnalysis预计第三阶段于2028年末至2029年前后进入导入期。核心变化是将整流环节由台区内分散部署的列级PowerRack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至415/480VAC，再由集中式整流设备统一转换为800VDC。MW级集中整流器：早期设备更可能沿用工业整流领域成熟的1200-1700V硅基IGBT或晶闸管。灰区对体积和重量约束弱于白区Sidecar，系统可采用较低开关频率和较大磁性器件，以成本优先。中长期随着系统对效率要求提高，1200/1700V SiC模块有望逐步替代部分IGBT。直流保护系统：800V直流配电必须重新配置保护系统。现有路线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。第四阶段（远期）：SST直连中压电网。本阶段可视为800V直流供电架构的远期目标形态，核心由固态变压器（SST）直接将13.8-34.5kV中压交流转换为800V直流母线。SST系统效率达98.5%，占地面积仅为传统方案的30%，支持预制化部署。目前正在形成“SiC级联”和“低压GaN级联”两条路线：SiC级联路线：Microchip 13.8kV方案采用每相14个、三相合计42个功率单元，整机功率约1.4MW。Amperesand面向800VDC AI数据中心开发5-10MW模块化SST，在中压前端采用Wolfspeed 3.3kV全桥SiC模块。低压GaN级联路线：Enphase开发的IQ SST额定功率1.25MW，由342个约4kVA功率单元组成。34.5kV版本中，342个单元分为三组，每组114个串联跨接于两相之间，利用GaN低开关损耗将平均开关频率提高至250kHz以上。SST产业化仍受制于成本因素，其中电力电子器件（占比32%，以SiC为主）、高频变压器（16%）和直流电容（16%）构成主要成本结构。台达SST产品已在数据中心开展试点，向国外头部企业送样。伊顿计划2026年发布SST产品并落地中国首个标杆项目。相关标的。上游材料及外延：天岳先进、天科合达（未上市）。代工：芯联集成。功率器件与模块：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。延伸阅读。以上为报告核心趋势分析，如需获取完整报告详细数据及全部图表，请访问下载页下载完整PDF报告。FAQ。Q1：为什么AI数据中心要升级到800VDC架构？AI机柜功率从10kW级跃升至百千瓦乃至兆瓦级，传统54V供电在3,700A级电流下铜耗、线缆和空间占用面临物理极限。800V架构可将电流降至250A，铜缆用量下降超70%，空间利用率提升超80%，端到端能效提升5%。Q2：SiC和GaN在800VDC架构中如何分工？SiC更适合PowerRack侧的大功率AC/DC——能在高压大功率下维持较低损耗；GaN更适合IT Rack侧的高频DC/DC——开关速度快、损耗低，可高频化缩小电源体积。Q3：800VDC架构的四阶段演进路径是什么？第一阶段Sidecar（2026-2027年）：AC/DC外移至侧边柜；第二阶段板载DC/DC（2027-2028年）：800V下沉至计算刀片；第三阶段集中整流（2028-2029年）：AC/DC上移至灰区；第四阶段SST（远期）：固态变压器直连中压电网。Q4：第一阶段需要多少功率器件？英飞凌30kW PFC单模块含12颗1200V SiC与6颗650V GaN，1MW约612颗。ROHM全SiC方案约372-600颗/MW。Navitas 10kW LLC单模块采用4颗650V GaN与16颗100V GaN。Q5：SST的产业化进展如何？台达SST产品已在数据中心开展试点并送样。伊顿计划2026年发布SST产品。台达SST效率达98.5%，占地仅为传统方案30%。Enphase开发1.25MW IQ SST，由342个GaN功率单元构成。Q6：800VDC架构的落地时间表是什么？英伟达计划从2027年起推动800V HVDC落地。配套电源机架预计2026年Q3具备量产条件，台达有望2026年Q4向北美头部云厂商小批量交付。据SemiAnalysis预测，2027年新建数据中心渗透率接近40%，2030年达80%。数据来源说明。本报告数据来源于东吴证券《半导体行业深度报告：功率密度跃升驱动800VDC架构升级，宽禁带功率器件打开成长空间》（2026年7月22日发布，分析师陈海进、研究助理郭雄飞）、SemiAnalysis、各公司官方公开信息等。