為何 AI 伺服器需要「高壓直流 HVDC」？一場資料中心電力架構的大升級正在發生

AI 需求的快速成長正在改變資料中心的運作模式，尤其是供電系統。以 NVIDIA 最新一代 Blackwell GPU 為例，單顆 GPU 功耗已從數百瓦提升至超過 1,000 瓦，一整個伺服器機櫃的總功耗也突破 100kW，未來的 Rubin Ultra 更是將直接飆升至 600kW 以上。這種前所未有的電力密度，正讓傳統供電架構面臨極限。

而「高壓直流電」（High Voltage Direct Current，HVDC）被視為下一代資料中心的電力解方，無論是NVIDIA，還是Meta、Google皆在積極推動。

高壓直流是什麼？為什麼更適合 AI 伺服器？

在現行架構中，多數資料中心伺服器採用的是低壓直流匯流排 busbar（如48V 或 54V）進行供電。而電壓越低，為了提供相同的功率，就需要越大的電流，這會導致兩個問題：

需要更粗的銅線來傳輸電力，導致佔用空間與成本上升。
能量損耗（俗稱線損）提高，因為電流越大，發熱越嚴重。

這裡所謂的「匯流排」，是指在伺服器機櫃中負責輸送電力的導體系統，通常是銅條或厚電纜。它們就像電力的高速公路，負責將穩定的電壓與電流分配到各個部件或伺服器模組。

相對之下，「高壓直流」則是將電源機櫃電壓提升至 400V 甚至 800V，電流自然可以降低，線路的熱損耗也隨之減少，整體電力效率顯著提升。這種架構已被廣泛應用於長距離輸電，如離岸風電、跨國輸電線等，如今也正開始被引入 AI 伺服器與資料中心內部。

資料中心的功耗演進：從 kW 到 MW

根據 TrendForce 在其最新報告《資料中心的供電架構轉變與未來趨勢》整理，NVIDIA 的 AI 伺服器機櫃功耗已從 H100 時代的 10~30kW，提升至新一代 Rubin Ultra 平台的 600kW。未來伺服器機櫃甚至可能朝向 MW（百萬瓦）等級邁進。

這樣的功耗壓力，讓業界不得不重新思考整體配電架構，否則再怎麼堆伺服器，也會被供電與散熱限制綁死。

傳統 vs HVDC 架構差在哪？

在開始傳統與下一代資料中心供電解方的比較之前，必須先了解不斷電系統（UPS）在資料中心扮演的角色。

根據台達電的官網指出，資料中心是許多組織日常營運的關鍵。因關鍵負載故障而導致的停工時間成本不斐，可能每分鐘高達 4 千美元至 6 千美元不等，且有可能會超出此範圍，因此使用 UPS 系統，將是維持資料中心持續運作的關鍵。

UPS 系統是在發生停電或供電不穩時，自動將電源切換為內建電池，在短時間內維持裝置正常運作。由於 UPS 系統能穩定電壓，引此能起到電子裝置保護的作用，避免供電不穩造成內部元件損壞。
然後，我們回到資料中心的供電系統。

▲ 台達電於 COMPUTEX 2025 演講中提到的傳統 AC 資料中心供電架構

從傳統 AC 資料中心供電架構中（見上圖）可看到，市電經變壓器降壓後，先經由 UPS 系統並維持 400/480V 交流配電（圖紅圈處），之後經配電單元與機櫃電源模組，再到伺服器端，以 DC-DC 轉換（上圖橘圈處）將 50V 匯流排降到 0.65 V。然而，由於使用冗長的多級轉換與低壓大電流導線，不僅增加銅耗，也讓端到端效率僅 87.6%。

接著，我們來看一下創新的電源架構：高壓直流（HVDC）資料中心。根據台達電在C OMPUTEX 的演講，可知目前 HVDC 解決方案分為兩種路徑。

▲ 此為HVDC，但同時仍保留 UPS 系統的過渡方案

第一種是前端區塊模組並未改變，是在獨立電源機櫃（上圖紅圈處）內轉換成 800V HVDC 配電，後轉給伺服器，亦即在後端利用 DC 配電單元傳輸 800V 直流電，在經由直流機架式電源，將電流降至 50V（上圖橘圈處）。不過，這個方案由於仍需要經過 UPS 的多級轉換，仍屬於 HVDC 的過渡方案，能效部分達 89.1%，比傳統方案的 87.6% 提升 1.5 個百分點。