預計 IT 機架功率將在未來兩到三年內消耗 1MW。由於 AI 伺服器實現更高功率密度的需求，因此從 48V 或 54V 匯流排轉換至 800 VDC 的較高電壓 DC 匯流排。轉向 800 VDC 在系統層級實現高效率與高功率密度能源轉換方面帶來挑戰，同時也提供了重新檢視 IT 伺服器機架內電源傳輸架構的契機。

遷移到 800 VDC 將改變電力輸送架構，如圖 1 所示。IT 托盤的輸入電壓現為 800 VDC，這需要採用更高電壓等級的熱插拔電路，以控制電流突波並確保與高電壓匯流排的安全連接。配電板上設置的高轉換比中間匯流排轉換器（IBC）可將 800 VDC 轉換為較低的中間匯流排電壓。此系統中的隔離層（具強化型隔離）可將高電壓系統與低電壓系統分離。其餘電源架構的外觀與感受類似於 48VDC 人工智慧（AI）運算托盤，但可能有幾種變化。一個選項是 800V 至 50V IBC ，接著是 50V 至 12.5V 或 6.25V IBC。

在概述高階電源架構後，讓我們來檢視電力輸送目標和設計優缺點。數據中心營運商的一個目標是實現高端到端能源轉換效率。如此可降低資料中心運作費用，減少因功率損耗（以及相關的暖氣，通風和空調負擔）產生的熱能，並將重點放在預期負載下：AI 加速器或處理器及其他支援電路。其他重要目標包括小尺寸（電源元件的電路板空間有限）、高可靠性，以及滿足多相位電壓穩壓器與負載點降壓轉換器暫態響應等效能需求。

其中一種方法是只將更高電壓的 IBC 加入現有的 48V 電源架構。圖 2 顯示這種三級轉換架構。此方法的優點是可重複使用大多數現有的 48V 電源架構設計。我們來考慮一個具備 16:1 電壓轉換比（即輸出為 48V）的高電壓中間匯流排轉換器（IBC）。若假設 16:1 比率的 IBC 峰值效率為 98%，4:1 IBC 的峰值效率同樣為 98%（50V 降至 12.5V），而多相電壓調節器（從 12.5V 至核心）效率為 92%，則從 800 VDC 至核心的整體峰值轉換效率約為 88%。

一個重要的問題是為中間總線電壓選擇什麼。另一種與圖 2 類似的架構，是將 50V 至 12.5V 的 IBC（4:1 比率）替換為 50V 至 6.25V 的 IBC（8:1 比率）。4 對 1 IBC（現在為 8 對 1） 的效率會稍微降低（約為 97.5% 峰值） ，但 6.25V 輸入電壓穩壓器級的效率可能會將效率提高至可能 92.5% 峰值。整體峰值效率可能相近，約為 88%。低輸入電壓的穩壓級具備可在更高頻率下切換的優勢，從而可減少體積、提升瞬態響應性能，並支援背側安裝（垂直電力傳輸，VPD）。

您可能會問自己為何需要三個轉換級，以及是否能將電力輸送架構簡化為兩個階段：高效率、高轉換比 IBC 和高性能電壓穩壓器。我們來看看該架構，如圖 3 所示。

透過移除 4 對 1 IBC ， 64 對 1 IBC 可以直接輸出 12.5V ，且其假設的峰值效率為 97%。從 800V 向下至核心軌的整體峰值效率則約為 89%。這種簡化的分析也不考慮從 64 至 1 IBC 輸出到電壓穩壓器輸入的印刷電路板損耗。但如果可以將損耗維持在 1% ，整體效率保持不變。這種方法可節省尺寸並將成本降到最低，因為不再需要 4 對 1 IBC。圖 4 說明了這種潛在的架構。

進一步了解這種兩級轉換架構，圖 5 說明了 64 對 1 IBC 的實作情況，其輸出具有 128 對 1 電壓轉換比和 6.25V。如前所述，多相電壓穩壓器的輸入電壓較低，可實現更高的頻率運作、更小的尺寸和垂直電源傳輸（安裝在處理器下方電路板背面）。估計的 800V 至核心效率為 89% 峰值（不包括電路板損耗）。

此架構的挑戰在於 128 至 1 IBC 的輸出電流非常大。假設系統提供的電力約為 15kW 至 20kW ，在 6.25V 時則會有 2.4kA 至 3.2kA。將 6.25V 中間匯流排上的電路板損耗維持在合理位準（<1 或 2%） 會需要非常大的導體（例如匯流排）。128 至 1 IBC 可能需要多個並聯模組才能達到所需電流位準。

結論

轉換至 800 VDC 電源架構後，我們將討論如何設計電力輸送，原因在於整體轉換效率、尺寸和性能之間的取捨。TI 的氮化鎵（GaN） 功率級、數位電源控制器、多相降壓穩壓器、 DC/DC 負載點降壓轉換器、熱插拔控制器、隔離式閘極驅動器等產品組合，使業界能夠駕馭這種轉換。

TI 的產品透過與 NVIDIA 合作開發支援 800 VDC 架構的電源管理解決方案，可確保在電源架構中關鍵點進行可靠的電壓轉換，並提供 48V 和 800V 生態系統所需的保護、監控和遙測功能，同時從電網到 AI 加速器閘極提供高效率且高密度的電源轉換。進一步了解有關 TI 資料中心與企業運算解決方案的更多資訊。

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