$晶盛机电(SZ300316)$  

面对AI算力爆发带来的高能耗和高功率密度挑战，算力机房的供电系统正经历从“交流到直流”、“集中到分布”的深层变革，而碳化硅（SiC）材料凭借其优异的物理特性，正从功率器件和散热材料两个关键路径，深度融入这场技术演进。

为了让您快速了解全局，我先将这两个维度的技术重点和碳化硅的角色归纳如下：

新一代供电系统关键技术

· 核心目标：提升能效、功率密度，并应对动态负载。

· 主要技术方向：

· 高压直流 (HVDC)：采用更高电压（如240V, 400V甚至向800V演进）的直流配电，减少转换损耗。

· 固态变压器 (SST)：采用电力电子技术的高频智能变压器，替代传统工频变压器，实现高效率（如98.5%）和小体积。

· 分布式架构：将供电设备（如SST、电池）靠近IT机柜部署，缩短传输距离，提升灵活性。

· 碳化硅的核心应用：用于制造HVDC、SST及服务器电源中的功率半导体（如MOSFET），提升转换效率并降低损耗。

碳化硅在散热领域的革命性应用

· 核心目标：解决千瓦级芯片（如GPU）的散热瓶颈，降低冷却能耗。

· 主要技术方向：

· 芯片级散热材料：作为热界面材料、中介层（Interposer）或热沉，直接贴合芯片封装，高效导走热量。

· 先进复合材料：例如金刚石-碳化硅陶瓷复合材料，导热率可达铜的2倍（800W/mK），并能与芯片实现极低的热膨胀失配。

· 带来的效益：可将数据中心冷却能耗降低高达50%，并显著提升芯片运行稳定性和寿命。

新一代供电系统技术详解

AI算力需求的指数级增长，使得单机柜功率从数十千瓦快速迈向兆瓦级，传统供电架构已不堪重负，具体技术方向如下：

· 核心趋势：直流化与高压化：传统交流（AC）供电因多次转换效率偏低，业界正转向直流（DC）供电。新方案通过提升电压（如400V DC）来减少传输损耗和线缆成本。英伟达等巨头已明确推动 800V HVDC架构，以支持未来1MW以上的超高功率机柜。

· 关键设备：固态变压器 (SST)：SST是替代传统变压器的革命性设备。它通过高频电力电子技术实现电能的智能转换与隔离，具有效率高（如98.5%）、功率密度大（1MW功率占地仅约1平方米）、响应快等优势，并能灵活接入储能和新能源。

· 架构变革：分布式与预制化：新架构倾向于将SST等电源设备分布式部署在IT机柜列侧甚至机柜旁（“Sidecar”设计），缩短供电距离。同时，供电系统趋向预制化、模块化，在工厂集成测试后现场快速部署，可将建设周期从近10个月缩短至6个月以内。

碳化硅的应用与市场前景

碳化硅因其高禁带宽度、高热导率、高击穿电场等特性，在算力基础设施中扮演着“效率助推器”和“散热救星”的双重角色。

1. 在功率转换中的应用

在供电系统的HVDC整流柜、SST、服务器电源等设备中，采用碳化硅制造的功率半导体（如MOSFET）可以显著降低开关损耗，提升整体转换效率。据分析，采用碳化硅电源方案的数据中心，能耗可降低20%。

2. 在先进散热中的应用

这是碳化硅增长最快的应用领域之一。随着GPU功率攀升，散热成为核心瓶颈。

· 作为芯片级散热材料：碳化硅可作为热界面材料、中介层或热沉，直接集成于芯片封装内，高效导走热量。例如，Coherent公司推出的金刚石-碳化硅复合材料，导热系数是铜的2倍，应用于英伟达H200 GPU可使峰值算力提升40%且无降频。

· 颠覆性效益：此类材料能将数据中心冷却能耗降低50%，芯片结温每降低10℃寿命可延长2倍，为超高功率芯片的稳定运行提供了基础。

3. 市场前景与挑战

· 需求爆发：据五矿证券预测，到2030年，全球AI芯片散热领域所需的碳化硅衬底（中介层用途）将达到约620万片，成为碳化硅最大的需求增长点之一。

· 产能与成本：目前碳化硅衬底的成本仍较高，且全球产能面临挑战。预测显示，2027年后可能出现供需紧张，2030年全球产能缺口或达千万片级。降低成本、扩大晶圆尺寸（如从6英寸向8英寸迈进）是产业关键。

总结与展望

算力机房的供电技术正朝着高压直流、固态变压器、分布式部署的方向快速发展，核心目标是匹配AI算力的超高密度与动态需求。在这一进程中，碳化硅材料不仅是提升电能转换效率的关键，更是突破芯片散热天花板、决定算力上限的基石性材料。

未来，随着800V供电架构的落地和单机柜功率向兆瓦级迈进，碳化硅在功率和散热两端的应用将更加不可或缺。其产业发展与成本下降的进度，将在一定程度上影响下一代高性能数据中心的演进速度。

如果你对其中某项具体技术（比如SST的落地案例，或不同液冷方案与碳化硅散热的结合）有更深入的兴趣，我可以提供进一步的分析。