服务器电源，“钛金”级已是过去式

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）在台式机和服务器领域，我们经常会听到有金牌电源、钛金牌电源等名称，这些等级其实是由美国能源处出台、Ecos Consulting执行的一项名为80 Plus的电源认证，主要用于区分电源的效率。

比如铜牌电源的转换效率大于等于82%，在50%负载下效率要在85%以上；最高级的钛金牌电源，在50%负载下转换效率要达到96%，在10%和100%负载下效率也需要超过90%。而在今年，80Plus能效标准等级迎来了升级，在此前“钛金”的基础上，推出更高标准的“红宝石”（Ruby）等级。

50%负载下转换效率要高于96.5%

根据80 Plus官网，新推出的红宝石级认证要求230V、227V/480V的内部冗余电源中，PFC在50%负载下的转换效率要求达到96.5%，且功率因数不低于0.96；100%负载下要求转换效率达到92%，且功率因素不低于0.96。

值得一提的是，在红宝石等级中首次引入了5%负载的转换效率要求，要达到90%效率的同时功率因素不低于0.90。

在380V 直流内部冗余电源中，5%负载下的转换效率不低于90%，50%负载下转换效率要达到96.5%，满载下转换效率要达到92%。

尽管是1%的提升，但在服务器等长期高负载运行的场景中，所带来的经济效益是显著的。根据纳微半导体提供的数据，全球数据中心数量在过去十年间近乎翻倍，目前已达7000个。据预测，到2026年，全球数据中心能耗将达到1000太瓦时（TWh），较2022年的460太瓦时增长超一倍；而仅美国一地，到2030年的能耗就可能达到这一水平。

这种增长并非个例：瑞典的数据中心能耗预计到2030年翻倍，到2040年再翻一倍；英国未来十年内的能耗则可能增长5倍。

从全球范围看，数据中心能耗已占全球总能耗的2%；在美国，这一比例高达3%（与当地数据中心密集度相关）。更值得关注的是，受AI需求驱动，到2030年，数据中心能耗占全球电力消耗预测的比例可能升至8%。

用最新的红宝石等级电源来对比，如果一个2000W的服务器电源，从之前的钛金升级到红宝石，在满载运行一年时，一年将能够节省209.4kWh（度）电。一个普通的数据中心可能会有上千台服务器，那么一年可以节省超过20万度电。

与此同时，对于大规模数据中心而言，冷却散热也是一笔重要的支出，当电源的效率提高，意味着同功率下被浪费的电力减少，而被浪费的电力主要以热能的形式释放。所以电源效率提高，也有助于降低冷却部分的能源支出。

从长期运营的角度看，更高效率的电源，比如红宝石等级的电源可以帮助数据中心降低运营成本。

为了降低数据中心的能耗，以及应对机架功率不断提高的挑战，英伟达甚至在今年COMPUTEX 2025上推出800V HVDC架构，通过使用工业级整流器，在数据中心周边就将13.8 kV 交流电网输入直接转换为800 V HVDC，消除了大多数中间转换步骤，更大限度地减少在多个AC/DC和DC/DC转换期间的能源损失。

不过，这种架构初期投入成本可能也会较高，未来可能只用于超大规模的数据中心。服务器PSU电源依然会是未来数据中心的主流选择。

第三代半导体助力提高服务器电源效率

近几年，随着第三代半导体产业的爆发增长，相关器件的价格降低，也加速了第三代半导体功率器件进入到更加广泛的领域。

尤其是对于功率转换要求越来越高的服务器PSU领域，成为了当前主流SiC/GaN功率器件厂商的重点关注市场。

今年2月，台达就宣布推出针对AI服务器设计的5500W高功率服务器冗余电源获得了红宝石级认证，转换效率高达97.5%。该电源采用了第三代半导体功率器件，功率因数校正阶段（PFC）采用软开关技术，在满载时的功率因数高达0.99，接近理想值1。

早在2023年，英诺赛科推出了一款2kW的服务器电源方案，功率密度达到76W每立方英寸，采用 InnoGaN 650V 氮化镓芯片以及图腾柱无桥 PFC+LLC 结构，峰值效率达到96.5%，目前看来是可以符合红宝石级要求的。

今年的上海慕展上，英诺赛科还展示了一款4.2KW PSU参考设计，体积仅为185*659*37(mm³)，采用图腾柱无桥PFC+LLC结构，效率高达96.8%，满足未来服务器PSU需求。据称目前其GaN功率器件产品已经进入到长城、浪潮等电源和服务器大厂的供应链。

纳微半导体在中国电源学会年会2024上，介绍了一种服务器电源方案，采用GaN HEMT IC+Si MOSFET组合的交错并联图腾柱PFC，峰值效率能够达到99.4%，这要远远高于红宝石级最高96.5%的效率要求。在开关管方面，该方案选择了4颗纳微GaN Safe系列的NV6515（650V,32mΩ max）IC，和2颗英飞凌IPT60R040S7 硅MOSFET，并且提供40微亨和200微亨两种电感规格，分别为高效率和高功率密度场景设计。

而今年5月的Computex期间，纳微半导体还推出了一款专为超大规模AI数据中心设计的最新12kW量产电源参考设计。该12kW电源遵循ORv3规范及开放计算项目（OCP）标准，采用第三代快速碳化硅MOSFET和新型IntelliWeave数字技术，以及配置于三相交错TP-PFC和FB-LLC拓扑结构中的高功率GaNSafe氮化镓功率芯片，实现最高97.8%的超高效率。

英飞凌此前发布的数据中心电源路线图上也表示，将推出两款混合使用硅、GaN、SiC三类晶体管开关以实现100W每英寸立方的高功率密度和97.5%的高转换效率的服务器电源，采用全数字控制交错式无桥图腾柱PFC搭配全桥GaN LLC电路设计。

小结：

数据中心基建随着AI浪潮持续扩张，今年以来，从AI数据中心上下游厂商，包括算力硬件、PCB、电源、功率等厂商的业绩都能够看到，AI数据中心的需求正在成为半导体产业的新一轮增长动能。另一方面，数据中心的高额电力成本，也带来了极大的降本增效的需求，而提高能源利用效率，需要更高效的电源拓扑、第三代半导体功率器件等的支撑。