AI服務器電源需求增長迅速，市場前景廣闊

摘錄來源：西部證券；分析師：楊敬梅、胡琎心

AI服務器電源三大架構各司其職以確保電力供應

人工智能（AI） 技術的飛速發展引發了對計算能力的巨大需求， AI 服務器電源的作用越發凸顯。 數據中心電源的架構主要分為保障電路 UPS、 機架電源 AC/DC、芯片電源模組DC/DC 三個層級，用以將電壓從 1-3 萬伏特降低至 0.5~1 伏特， 進而使數據中心的電力成功從電網傳輸到加速器芯片。

UPS（不間斷電源）： UPS 是連接蓄電池和主機的系統裝置， 可通過逆變電路等模塊將直流電轉化為市電。當市電正常時， UPS 對電壓和頻率進行在線控制，進而為負載提供穩定電壓和頻率的優質交流電，同時給蓄電池充電； 當市電故障，如發生斷電、過/欠壓時，逆變電路則將蓄電池的直流電轉化為電壓和頻率穩定的交流電給負載供電， 以維持其正常工作并防止數據丟失。

AC/DC： AI 服務器功率更高，消耗的電力也更多。 傳統的電壓輸出一般為 12V， 但為了減少電力的損耗， 電壓輸出需要提升至 50V， 并經過層層降壓以達到芯片的工作電壓。 PDU輸入的交流電在 AC/DC 環節經過降壓、整流兩個過程最終輸出 50V 直流電。

DC/DC： DC/DC 環節進一步將電壓調降至芯片可用電壓，一般而言分為兩步進行：首先是 50V 降至 12V，然后是12V 降至 0.8V。

數據中心電源的架構主要分為保障電路UPS、機架電源 AC/DC、芯片電源模組 DC/DC 三個層級

AI行業高速發展，電力需求大幅提升。 算力核心設備逐漸由傳統的 CPU 向GPU 轉移，在提升計算效率、實現復雜的數據處理和深度學習模型的同時也帶來了高能耗。 根據國際能源署（IEA）的數據， 2023 年英偉達芯片的電力消耗已達 7.3TWh， 預估至2026 年， 這一數字將升至 2023 年的十倍。與此同時 AI 服務器電源需求大幅提升。

AI服務器電源需求同步快速增長。 受益于 AI 大模型快速發展， 算力需求快速提升， 而AI 服務器作為算力承載的核心基礎設施，其出貨量有望快速增長， 根據 TrendForce， 2022-2026 年AI 服務器出貨量 CAGR 將達 29%。大模型 AI 訓練服務器對算力需求更高， 其服務器電源功率和配置數量明顯提升。

AI服務器電源在其功率密度和效率方面提出了較高要求。 功率方面， AI 系統在訓練過程中需要用到GPU 和 TPU 等加速器， 它們可以處理重復性和密集型計算， 但卻異常耗電， 隨著計算機性能的升級， 功率需求也隨之提升。 功率密度方面， AI 服務器電源在使用時需要插入標準機架中， 電源功率隨著算力需求的增加而提升， 功率密度的提升是最大的難點。AI 服務器電源的功率密度可達 100W/立方英寸， 遠超普通服務器電源的 50W/立方英寸。轉換效率方面， 傳統服務器電源的轉換效率一般在 96%，而 AI 服務器電源則需達到97.5%-98%的高標準，以降低能量損耗并支撐更高功率密度的 GPU。

英偉達芯片放量， AI 服務器電源產品不斷迭代更新。 據 TechInsights 統計，英偉達 2023 年數據中心GPU 出貨量約為 376 萬塊， 同比增長 42%，市場份額高達 98%，英偉達 GPU 幾乎成為數據中心標配。 英偉達于24 年 3 月 18 日在GTC大會上發布新一代 AI 芯片 Blackwell GPU， 基于該GPU 組成的 GB200 性能達到了 H100 的 7倍， 同時顯著降低成本和功耗。據 TrendForce 預測， GB200將于2024 年底以結構相對簡單的 NVL 36 率先導入， 而 NVL72 將以主推形式于 2025 年放量，屆時 AI 服務器電源將成為服務器電源市場新增量， 預計 2026年AC-DC 市場規模有望達 53 億美元。

英偉達Blackwell GPU 芯片性能大幅提升

英偉達 GPU 成為數據中心標配， AI 服務器新品 GB200 有望于 2025 年放量。 據TechInsights 統計， 英偉達 2023 年數據中心 GPU 出貨量約為 376 萬塊， 同比增長 42%，市場份額高達 98%，英偉達 GPU 幾乎成為數據中心標配。英偉達于 24 年 3 月 18 日在GTC 大會上發布新一代 AI 芯片 Blackwell GPU， 基于該 GPU 組成的 GB200 性能達到了H100 的 7 倍，同時顯著降低成本和功耗。據 TrendForce 預測， GB200 將于 2024 年底以結構相對簡單的 NVL 36 率先導入， 而 NVL72 將以主推形式于 2025 年放量。 在英偉達大力擴展 CSPs 客群的情況下， 預估 2025 年 GB200 折算 NVL36 合計出貨數量可望達 6萬柜， 而 GB200 的 Blackwell GPU 用量可望達 210-220 萬顆。