AIDC系列（一）：电源、配电、冷却的发展趋势

证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明01证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明2025年2月12日AIDC系列（一）：电源、配电、冷却的发展趋势民生电新 邓永康/许浚哲证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明Ø AI浪潮推动服务器功率提升，AIDC供配电架构或将发生重大变化。全球AI市场规模扩增，数据中心资本开支加速。芯片单体功耗急速增加，带动单台服务器功耗提升。芯片方面，英伟达的H100和H200单芯片功耗为700W，GB200达到2700W，单芯片功耗显著提升；服务器配置方面，区别于传统8卡服务器的常规10KW的功耗、40KW的整机柜功率，GB200 NVL72架构则需要72颗GPU，整体功率大幅提高到120KW。AI训练和推理任务需要处理海量数据，对算力的需求激增，这要求GPU具备更高的计算能力，单体功耗显著提升，进而带动机柜功耗的大幅增加。未来AIDC的需求呈现高功率、高密度、高效率、高可靠性趋势，这将使整个数据中心的供配电架构发生重大变化。同时，大功耗下散热系统也将变得尤为关键。•电源趋势：高效率、高功率1、机柜外电源：高压HVDC方案创新提出，可进一步提升效率。传统HVDC输出电压等级240、380V，未来新一代HVDC将提高到750V/800V等输出电压，直流供电系统减少交直流变换环节，转换效率可从95%提升到98%。2、机柜内电源：AI服务器电源升级，功率密度提升。PSU架构从3kW、3.3kW到8kW、12kW的电源功率进阶，功率密度将从32W/立方英寸提升至100W/立方英寸，核心是通过硅、SiC、GaN等半导体材料提升电源的功率密度，以在有限的空间内提供更高的功率输出。传统8卡服务器为6*3.3kW的电源架构，NVL72架构为6*5.5kW*8的电源架构。同时也可能加入BBU的设计作为后备电源。•配电趋势：预制化、模组化、智能化配电相关变化：未来AIDC的趋势正朝着超大规模和快速部署等方向演进，这将推动电力模组化、预制化、智能化趋势，集成配电柜、变压器、UPS/HVDC等环节，节省供配电部分的占地面积，工厂预制连接铜排，现场施工简便，提升安装效率，同时可集中监控管理设备运行。AIDC配电的新趋势将带动电路元器件升级，同时电能质量管理也需要提升。此外母线的应用在数据中心里也可能提升，前端连接母线替代传统电缆，末端连接智能小母线方案。核心要点1证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明•冷却趋势：液冷方案渗透率提升。在高功率密度机柜的场景下，为了解决机柜间的散热需求，液冷方案逐渐兴起。液冷方案的散热能力更强，同时可以降低数据中心的PUE。随着机架密度升至20kW以上，多种液冷技术应运而生，从而满足高热密度机柜的散热需求。Ø AIDC供配电环节投资建议1、机柜内电源（AI服务器电源）：电源功率密度升级，建议关注【麦格米特】【欧陆通】【泰嘉股份】等。2、机柜外电源（UPS/HVDC）：机柜外电源不可或缺，新资本开支涌入，利好集群化潜在新技术高压HVDC等方案，建议关注【科华数据】【禾望电气】【中恒电气】【科士达】等。3、AIDC配电：配电环节整体价值量占比较高，后续随着资本开支增加市场规模有望扩大，同时电力模组化趋势重点是配电环节的变化，配电&电路元器件建议关注【良信股份】【明阳电气】 【宏发股份】【法拉电子】【中熔电气】； 变压器【金盘科技】【伊戈尔】等；智能母线【威腾电气】；同时建议关注电能质量环节。4、冷却环节：建议关注【英维克】【高澜股份】【同飞股份】【申菱环境】5、备用电源：柴油发电机环节，建议关注【科泰电源】等。Ø 风险提示：下游资本开支不及预期；行业竞争加剧风险；技术替代风险。2核心要点证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明电源趋势：高效率、高功率03AI浪潮推动服务器功率提升023配电趋势：预制化、模组化、智能化04数据中心供配电架构解析01冷却趋势：液冷方案渗透率提升05投资建议06风险提示07证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告数据中心供配电架构解析401.证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明数据中心供配电系统资料来源： 《数据中心设计规范》知网、《阿里云数据中心基础设施初级运维工程师》知网、民生证券研究院图表：数据中心供配电系统中高压配电低压配电终端配电服务器电源风冷一级电源：HVDC/UPS两路市电，一到两路柴发，变电设备，开关设中高压配电备，双电源设备、母线等各种低压柜，元件、母线等列头柜，PDU，元件，母线等AC-DC，DC-DC，超级电容，BBU配电系统电源系统冷却系统液冷•数据中心供配电系统：为机房内所有需要动力电源的设备提供稳定、可靠的支撑。一般来说，A级数据中心采用双路电源供电，10kv市电进线到数据中心服务器的末端，常见的两路供电同时处于热备份状态，一路断电时另一路会支持关键负载持续供电。从上游到下游包括中压柜、变压器、低压配电柜，配电柜进线进到UPS，通过整流再给到PDU做最终分配，分配给各个服务器。01灾备电源：柴油发电机5证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明数据中心供配电架构资料来源：《全面掌控数据中心供配电系统》 王红伟，张明 、通信电源人公众号、民生证券研究院016•A级数据中心供配电系统主要有3种架构：2N、DR、RR。 •2N系统：2个供配电单元同时工作，互为备用，每个单元均能满足全部负载的用电需要。正常运行时，每个单元向负载提供50%的电能；当一个单元因故障停止运行时，另一个单元向负载提供100%的电能。 可克服单电源系统存在的单点故障瓶颈，增强供电系统可靠性。•DR系统：分布冗余。由N(N≥3）个配置相同的供配电单元组成，N个单元同时工作。将负载均分为N组，每个供配电单元为本组负载和相邻负载供电，正常运行下，每个供配电单元的负荷率为66%。当一个供配电系统发生故障时，其对应负载由相邻供配电单元继续供电。•RR系统：后备冗余。由多个供配电单元组成，其中一个单元作为其它运行单元的备用。当一个运行单元发生故障时，通过电源切换装置，备用单元继续为负载供电。图表：数据中心2N系统配电架构图表：数据中心DR系统配电架构图表：数据中心RR系统配电架构证券研究报告* 请务必阅读最后一页免责声明7图表：数据中心供配电具体流程图图表：数据中心供电核心系统框图01资料来源：数据中心基础设施运营管理公众号、民生证券研究院整理资料来源：《阿里云数据中心基础设施初级运维工程师》、民生证券研究院数据中心主要设备环节•两路市电：每一路市电供电容量满足数据中心全部电力需求，两路电源负荷设备输入端自动切换，正常时同时供电，各承担50%负载。•柴油发电机：独立于正常电源，当正常电源发生故障时，作为备用电源承担数据中心正常运行所需要的用电负荷。•变压器：将市电6kV/10kV/35kV(3相)转换成380V/400V(3相)，供后级低压设备用电。•UPS：挂载的蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路为重要服务器负载持续供电，保证数据中心不断电，同时能净化电网。•断路器：接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路(例如过载、短路)下接通，承载一定时间和分断电流。•空调系统：由制冷循环和空