意法半導體（ST）是英偉達800V機架內配電新倡議的核心合作伙伴。

該倡議依賴于ST高密度供電板（PBD）對12kW功率的微型化實現(xiàn)。憑借在碳化硅和氮化鎵技術層級的最新突破、STGAP硅嵌入式電氣隔離技術及先進模數(shù)融合處理能力，意法半導體正引領數(shù)據(jù)中心邁入超維進化時代。此舉助力英偉達顯著縮減線纜體積并提升能效。雙方合作首次在數(shù)據(jù)中心領域實現(xiàn)12kW持續(xù)電力輸送，效率超98%，輸出50V時功率密度突破2600W/in3。

為何英偉達傾向采用800V方案？ 重構不可持續(xù)的技術范式

數(shù)十年來，依賴于48V配電系統(tǒng)的傳統(tǒng)15kW機柜方案充分滿足了數(shù)據(jù)中心處理器、內存及存儲需求。然而，隨著AI技術興起且超大規(guī)模并行計算架構的GPU算力驅動型應用井噴式爆發(fā)，系統(tǒng)架構師面臨著設計一套新型機柜系統(tǒng)令供電需求高達600千瓦至1兆瓦的挑戰(zhàn)。毋庸置疑，功耗的急劇攀升亟需徹底革新的供電方案。例如，以48V電壓輸送600kW竟需12.5kA電流！單是想象承載此電流所需的線纜、母線排及散熱器規(guī)模，便足以令工程師們望而卻步。

未來配電技術演進前瞻

因此，最直接有效的解決方案是提升輸入電壓以降低電流需求。這將直接導致線纜與母線排規(guī)模的大幅縮減，也簡化了機柜中AC電網(wǎng)與DC配電之間的轉化。事實上，英偉達在一篇相關博客文章中表示，將目前的54V方案遷躍至800V可幫助提升高達5%的效率。簡單來說，在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心可持續(xù)性備受關注的當下，向800V架構轉型是確保資源利用率顯著躍升且同時滿足AI創(chuàng)新技術需求的優(yōu)選路徑。

然而，之前的挑戰(zhàn)在于配電系統(tǒng)需將800V高壓轉換為中間母線電壓，進而生成GPU核心工作電壓，且整體結構必須適配服務器機柜的緊湊空間。由于機柜采用標準尺寸，空間約束極為嚴苛；更棘手的是，元件高密度排布會加劇電磁干擾與散熱管理難題。

因此，工程師們必須找出一套可用于處理該超高電壓的緊湊型解決方案。800V系統(tǒng)還需要徹底重構隔離與接地體系，保護機制及故障處理亦將面臨全新復雜性層面。為此，英偉達選擇攜手意法半導體共破困局。

意法半導體如何將12kW功率壓縮至2600W/in3？

解決熱插拔需求

為攻克800V機柜方案的固有挑戰(zhàn)并滿足熱插拔要求，意法半導體團隊設計了兩大核心模塊：熱插拔保護電路與功率轉換器。前者采用1200V碳化硅（SiC）器件及電氣隔離型BCD（雙極-CMOS-DMOS）控制器。2021年，IEEE官方認證意法半導體為BCD硅工藝系列首創(chuàng)者。BCD技術可實現(xiàn)模擬與數(shù)字元件集成，顯著提升電源管理方案的效率與可靠性。此外，意法半導體在碳化硅器件領域積淀近30年經(jīng)驗，系首家將其規(guī)?；瘧糜陔妱悠囶I域的制造商。

優(yōu)化初級側

第二部分為DC-DC轉換器，負責將機架內800V高壓轉換為各伺服器所需的50V電壓。為實現(xiàn)微型化設計，意法半導體采用650V氮化鎵（GaN）晶體管構建堆疊半橋拓撲，初級側配置STGAP電氣隔離柵極驅動器。得益于3.4eV寬禁帶與1700cm2/V·s高電子遷移率，氮化鎵（GaN）兼具超低輸出電容與導通阻抗特性，成為高頻電力電子應用的理想材料。

優(yōu)化次級側

在次級側上，ST采用100V低壓氮化鎵（GaN）晶體管、低壓柵極驅動器及STM32G4微控制器。得益于分辨率低于200皮秒的精密定時器，該MCU可實現(xiàn)高性能控制，完美適配此類轉換所需的高頻開關需求。同時，STGAP器件為功率轉換器初級側與次級側提供完全電隔離，有效屏蔽電磁干擾（EMI）等異常事件，確保超緊湊結構的穩(wěn)定運行。

拆解原變壓器為兩組四單元小型變壓器陣列

除精選元器件外，ST還需突破空間極限，也就是磁件微型化。尤為關鍵的是，10kV隔離層擠占了原屬變壓器的空間。為縮減變壓器磁件體積，意法半導體將傳統(tǒng)大功率全橋拓撲拆分為兩組四單元并聯(lián)的整流全橋陣列，實現(xiàn)協(xié)同整流。此分體式設計實現(xiàn)磁通分流降低單磁芯負荷，并擴展熱耗散路徑。配合四組小型全橋拓撲，采用微型鐵氧體磁芯，最終達成變壓器整體體積的突破性縮減。

該組件清單與拓撲方案集中體現(xiàn)了意法半導體多年積淀的深厚技術專長，鑄就了我們解決方案的獨特優(yōu)勢。當同業(yè)需多方采購部件時，我們提供全棧自研的集成方案，顯著提升系統(tǒng)優(yōu)化效率。該新型800V配電架構更凸顯帶有寄生電感最小化及雙面冷卻的超緊湊封裝的至關重要性。意法半導體持續(xù)推動芯片級微型封裝，作為英偉達的核心戰(zhàn)略伙伴。

縱觀全局

業(yè)界正探索超大規(guī)模AI基礎設施的能效提升路徑，但技術路線各有所異，比如有些企業(yè)正在布局±400V系統(tǒng)。憑借技術積淀與方案組合，意法半導體可輕松復用電源轉換器技術成果，適配多元功率需求。本質上，意法半導體已具備賦能所有企業(yè)優(yōu)化AI數(shù)據(jù)中心能效與可持續(xù)性的完整技術。

英偉達的正式官宣與合作協(xié)同具有重大意義。英偉達已正式批準ST概念驗證方案，且雙方將共同推進測試板制造。這一里程碑彰顯了雙方聯(lián)合對數(shù)據(jù)中心藍圖的重塑，實現(xiàn)數(shù)年前無法想象的突破性能效。英偉達800伏高壓直流架構與意法半導體配電板展現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心新紀元的開啟。