当AI芯片功率从400W飙升至2700W、单机柜功耗突破120kW，服务器电源架构正经历从“通用配置”到“高功率密度定制”的根本性变革。光大证券AI服务器电源深度报告拆解了数据中心电源的三层架构——UPS保障供电连续性、AC/DC将电网交流电转为48V直流电、DC/DC进一步降压至芯片所需的0.8V。AI服务器电源功率密度已攀升至94W/in³，转换效率达97.5%，远超传统服务器电源水平。GB200 NVL72机柜仅AC-DC端就需要约200kW的电源配置，电源正从“附属组件”升级为AI算力基础设施的核心价值环节。
三层电源架构：各司其职确保电力供应的连续性与稳定性
AI服务器从电网取电到芯片用电，需经过三次电压转换。数据中心电源架构分为三个层级：UPS（不间断电源）——当市电中断时，立即将电池直流电通过逆变器转换供给负载，保护设备不受电网波动损坏；AC/DC（Power Shelf）——将电网交流电转换为适合服务器使用的48V直流电，AI服务器为提高能效将供电电压从传统的12V提升至48V；DC/DC——进一步将48V直流电降至芯片可接受的电压（GPU需0.8V，CPU需12V）。
与传统服务器相比，AI服务器需要更高性能的处理器（GPU、TPU、FPGA），功耗高出两倍到十倍。为了降低不必要的能耗损失，需要提高整个服务器机柜的能源利用效率，将供电电压从传统的12V提高到48V。然而服务器内部某些组件仍需要使用12V或更低电压，因此DC-DC转换器成为必要环节。以GB200 NVL72为例，AC-DC端需约200kW电源配置，是通用服务器（约2kW）的100倍。
AC-DC电源模块：PSU+PMC的核心组合
AC-DC电源模块包含PSU（电源供应单元）和PMC（电源管理控制器）。PSU负责将电网交流电转换为服务器电子组件所需的直流电，对于高性能AI服务器需提供足够且稳定的电力来驱动CPU、GPU或AI加速器。一个高效的PSU能最小化能源浪费并减少散热需求，使服务器在高负载运行时仍保持稳定。选择PSU需确保足够功率供应、检查效能和稳定性，以及确认具备过载保护、过热保护和过压保护等安全功能。
PMC是一种用于管理和优化服务器电源的控制器，通过监控和调整服务器电源的供应和消耗来实现最佳电源管理，提高服务器能效和性能。台达为英伟达B系列设计的AC-DC方案中，单个Power Shelf为33kW电源模组（6个电源构成），NVL72需6个Power Shelf构成约200kW总电源，NVL36需4个Power Shelf约130kW。AC-DC端已成为GB200机柜核心价值组成部分。
DC-DC转换器：从48V到0.8V的精细电压调节
表：AI服务器电源架构三层对比| 层级 | 功能 | AI服务器特点 | 核心组件 |
|---|
| UPS | 市电中断时持续供电 | 储能装置，保障系统稳定 | 电池、逆变器 |
| AC-DC | AC→48V直流电 | 传统12V→48V，提升能效 | PSU+PMC，33kW/Power Shelf |
| DC-DC | 48V→0.8V/12V | GPU 0.8V，CPU 12V | 控制IC、电感、MOSFET |
DC-DC转换器用于转换CPU/GPU的电压级别。为了降低不必要的能耗损失，AI服务器将供电电压从传统的12V提高到48V，但GPU/CPU仍需使用12V或更低电压，因此需要DC-DC转换器进行调整。DC-DC转换器通过反复导通电源开关，把直流电压或电流量转化成高频率波形工作电压，再经整流器光滑变成直流电压输出。
DC-DC转换器一般由控制IC、电感、二极管、三极管、电力电容器组成。设计师需要将适合的控制IC、MOSFET晶体三极管、光耦器件及无源器件组合起来，对输入DC直流电压进行变换和稳压后输出直流电压供给系统。随着AI服务器对功率密度要求提升，DC-DC转换器的设计要求也从“基本参数达标”向“动态特性、效率及EMI/RFI”等更高标准演进。MPS、Vicor、台达等在DC-DC端占据主导地位。
