這場由人工智能驅(qū)動(dòng)的電力革命，正重塑從芯片到電網(wǎng)的整個(gè)供電體系。

英飛凌最新白皮書提出七大關(guān)鍵預(yù)測，描繪了AI供電的未來圖景：未來十年，單顆處理器負(fù)載電流將達(dá)到10,000安培，是當(dāng)前水平的10倍；電源架功率等級(jí)將突破100千瓦；AI服務(wù)器機(jī)架功耗將突破1兆瓦；數(shù)據(jù)中心功耗需求將邁向吉瓦級(jí)規(guī)模......

該公司電源與傳感器系統(tǒng)事業(yè)部總裁Adam White指出，自2022年底ChatGPT發(fā)布以來，AI技術(shù)的指數(shù)級(jí)增長帶來了前所未有的功率需求挑戰(zhàn)，迫使行業(yè)不斷突破創(chuàng)新邊界。

這些預(yù)測涵蓋了從垂直供電技術(shù)到直流微電網(wǎng)的全方位變革，將對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商、設(shè)備制造商和投資者產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。隨著AI工作負(fù)載的持續(xù)增長，傳統(tǒng)的48V供電架構(gòu)將被高壓直流系統(tǒng)取代，而可再生能源的整合也將成為滿足龐大能耗需求的關(guān)鍵。

預(yù)測一：垂直供電將主導(dǎo)未來處理器架構(gòu)

英飛凌預(yù)測，垂直供電將成為現(xiàn)代處理器的關(guān)鍵技術(shù)。

白皮書指出，GPU和TPU采用最先進(jìn)工藝制程（如臺(tái)積電N4P），通過多片硅片集成突破單一制程限制。隨著芯片尺寸增大、供電電壓降至約0.4V，總電流消耗預(yù)計(jì)十年內(nèi)攀升至10,000安培。傳統(tǒng)橫向供電方式在如此高電流下占用空間龐大且損耗顯著，電能將通過主板垂直傳遞至處理器背面。

英飛凌提供從分立功率級(jí)到四相垂直功率模塊的完整產(chǎn)品組合，第三代產(chǎn)品電流密度已達(dá)2A/mm2。公司將OptiMOS? 7系列低壓硅基MOSFET技術(shù)與芯片嵌入封裝技術(shù)及專利3D集成工藝相結(jié)合，在垂直供電方案中實(shí)現(xiàn)前所未有的功率密度。

預(yù)測二：高壓直流供電架構(gòu)將取代48V生態(tài)

當(dāng)單機(jī)架功率突破1兆瓦時(shí)，系統(tǒng)架構(gòu)必須從48V生態(tài)轉(zhuǎn)向800V或±400V高壓直流供電。這一轉(zhuǎn)變預(yù)計(jì)在單機(jī)架功率達(dá)到200-250千瓦時(shí)出現(xiàn)，此時(shí)48V總線母排需承載4100-5200A電流。

未來服務(wù)器主板將直接運(yùn)行于800V或±400V電壓下，需要引入電子保險(xiǎn)絲、熱插拔功能等新模塊。英飛凌基于XDP? XDP70x熱插拔控制器與CoolSiC? JFET技術(shù)的解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)受控預(yù)充電并在異常時(shí)快速斷開連接。

公司開發(fā)的6千瓦800V→12V演示板功率密度超過2300W/in3，峰值效率達(dá)97.4%，滿載效率為96.6%。

預(yù)測三：AI機(jī)架功耗步入兆瓦時(shí)代

白皮書指出，訓(xùn)練萬億級(jí)參數(shù)AI模型需要數(shù)千顆GPU集成在同一臺(tái)機(jī)器中同步運(yùn)行。由于IT機(jī)架內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)高于機(jī)架之間，行業(yè)趨勢是在單個(gè)IT機(jī)架內(nèi)集成更多GPU。當(dāng)單個(gè)機(jī)架集成多達(dá)72臺(tái)刀片服務(wù)器時(shí)，IT機(jī)架總功率將在十年內(nèi)突破1兆瓦。

在如此高功率水平下，機(jī)架內(nèi)部空間成為主要物理限制。AI機(jī)架將更專注于IT負(fù)載與高速通信功能，電源模塊、電池備用儲(chǔ)能單元等附加功能將遷移至側(cè)柜或輔助機(jī)架。

預(yù)測四：電源架功率等級(jí)將突破100千瓦

當(dāng)IT機(jī)架功率接近100千瓦時(shí)，基于單相交流輸入的12千瓦PSU可升級(jí)并保持1U緊湊尺寸。每個(gè)電源架可容納6個(gè)電源模塊（72千瓦），每個(gè)機(jī)架最多配置8個(gè)電源架，為邁向1兆瓦IT機(jī)架奠定基礎(chǔ)。

英飛凌在12千瓦PSU演示板中采用多電平架構(gòu)，高壓部分使用400V CoolSiC? MOSFET，次級(jí)側(cè)采用80V CoolGaN? HEMT。當(dāng)單個(gè)IT機(jī)架功率提升至1兆瓦時(shí)，數(shù)據(jù)中心將從單相PSU轉(zhuǎn)向三相PSU，直接接入400V AC或480V AC三相交流電網(wǎng)。

預(yù)測五：新一代數(shù)據(jù)中心功率需求邁向吉瓦級(jí)

現(xiàn)代GPU功耗不斷攀升和AI計(jì)算節(jié)點(diǎn)密集部署，使新建數(shù)據(jù)中心用電需求已達(dá)數(shù)百兆瓦級(jí)別。未來幾年將出現(xiàn)專門的"AI工廠"，在同一數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)用電量將達(dá)到吉瓦級(jí)，甚至超過數(shù)吉瓦。多家超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商已發(fā)布相關(guān)建設(shè)計(jì)劃。

英飛凌提供覆蓋400V至3.3kV各類封裝的CoolSiC? MOSFET、CoolSiC? JFET保護(hù)電路，以及80V至650V超高速開關(guān)GaN HEMT，確保吉瓦級(jí)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)無障礙穩(wěn)定運(yùn)行。

預(yù)測六：配電系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向直流微電網(wǎng)

當(dāng)功率需求逼近吉瓦級(jí)時(shí)，必須建立全新配電基礎(chǔ)設(shè)施。直流微電網(wǎng)被認(rèn)為是最有潛力塑造未來AI數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)方案，電能由中壓交流電網(wǎng)（10-35kV）直接集中生成，以高壓直流形式分配，消除傳統(tǒng)AC-DC電源模塊。

固態(tài)變壓器（SST）技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用，能夠直接從10kV-35kV中壓交流電網(wǎng)接收電能，提供穩(wěn)定可調(diào)的高壓直流配電。每臺(tái)固態(tài)變壓器輸出功率預(yù)計(jì)可達(dá)2-10兆瓦。英飛凌為此類應(yīng)用提供廣博的CoolSiC? MOSFET和IGBT產(chǎn)品組合（電壓范圍覆蓋750V-3300V）。

預(yù)測七：可再生能源成為AI發(fā)展關(guān)鍵約束

根據(jù)國際能源署預(yù)測，AI是未來十年全球電力需求增長的三大驅(qū)動(dòng)因素之一。全球數(shù)據(jù)中心所使用電力中，來自可再生能源的比例正逼近50%。要支撐下一輪AI爆發(fā)式增長，電力必須以可持續(xù)方式獲取。

英飛凌預(yù)計(jì)：

1. AI數(shù)據(jù)中心必須采用可再生能源擺脫對(duì)化石燃料的依賴，支持1吉瓦級(jí)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行約需8平方公里太陽能電場

2. 核電和小型核反應(yīng)堆未來將穩(wěn)定供應(yīng)零碳能源

3. 盡管非可再生能源仍將發(fā)揮作用，但全球趨勢聚焦于推動(dòng)數(shù)據(jù)中心低碳化