香港&美国半导体行业：AI数据中心供电革命，从白区GaN到灰区SiC

AI机架功率跃升驱动供电架构重构

随着人工智能算力需求持续攀升，单机架功率正由142kW向600kW乃至1MW级别快速演进。在这一背景下，传统交流进柜的供电模式面临严峻的物理极限挑战。若1MW机架仍沿用50V母线，理论电流将达到20,000A，导体截面积、母排体积及I²R损耗均难以承受。将电压提升至800V后，电流可降至1,250A，从而同步缓解上述空间与热力学约束。

NVIDIA已将800VDC明确纳入下一代高功率AI机架的供电路线，提出自2027年起以800VDC支持1MW及以上IT机架，并进一步规划了Power Rack、Row Power Center和DC Power Block三层架构，分别面向存量机房的混合改造、行级800V供电以及新建AI工厂的中压直转。相对415VAC，800VDC可在相同导体尺寸下提高约85%的输电能力、减少约45%的铜用量。转换级的减少并不意味着功率半导体价值量下降，高压入口需由650V器件升级至1200V乃至3.3kV SiC，白区则通过更高频的GaN实现更小的磁性元件和电容，同时SSCB、BBU/CBU和SST等新增环节进一步扩大了灰区SiC的需求。

基于拓扑结构的第三代半导体用量反推

为量化不同供电架构下的器件需求，研究基于电路拓扑结构对英伟达现在及未来AI服务器中第三代功率半导体的用量及价值量进行了详细测算。三相有源PFC将交流整流并升压为稳定直流母线，以18.3kW PSU为例，基础用量为6颗1200V SiC/PSU，实际并联数还需满足额定电流、Rds(on)、结温和效率目标。在隔离型DC-DC环节，LLC通常由原边全桥、谐振腔、高频变压器和副边同步整流构成，而DAB在变压器两侧均设置主动H桥，两者均可从4个开关位置起算。Phase 0的约400V原边可使用650V GaN实现高频软开关；而在800V母线下，1200V SiC是直接方案，但采用分压或堆叠拓扑的GaN同样具备可行性，例如已有厂商公开12kW、800V至48V的全GaN演示，在1MHz下实现约99%峰值效率。

多相IBC/PDB架构的核心目的在于分流而非提高耐压。相数增加会提高开关位置总数，但可降低单相电流、导通损耗和磁性元件尺寸，改善低压大电流侧的走线与散热。在固态变压器（SST）环节，单个基础功率单元合计包含12个主功率开关位置，系统侧还需配置中压进线保护、800V输出SSCB和储能接口，SiC耐压等级由此从1200V直接升级至3.3kV，灰区价值密度显著提高。

Phase 0至Phase 4的架构演进与价值量测算

根据工程建模框架，AI数据中心的供电演进可划分为五个阶段。Phase 0以GB300 NVL72约142kW为基准，第三代功率半导体主要集中在PSU，SiC和GaN合计约3,380颗/MW，对应价值量合计约1.57万美元/MW。由于高压转换主要停留在PFC，整体价值量仍处于较低水平。

Phase 1的核心变化是Sidecar外置高压转换与IT柜内800V DC-DC同时增加。模型测算SiC与GaN合计约7,160颗/MW，价值量合计约3.51万美元/MW。SiC价值量受Sidecar、800V DC-DC和SSCB等高压环节推动，GaN价值量主要来自IBC和低压高频电源的渗透。Phase 2取消集中式柜内DC-DC Shelf，将高变比DC-DC下沉至On-blade或PDB附近，合计约7,824颗/MW，价值量约4.82万美元/MW。架构集成使部分高压转换级减少，但更高频、更靠近GPU的低压变换级推动GaN价值量继续提升。

Phase 3将AC/DC整流从Sidecar进一步集中至灰区，并在800V母线侧增加SSCB、BBU/CBU和储能环节，合计约11,435颗/MW，价值量约11.10万美元/MW。灰区开始成为高压SiC的重要增量池。Phase 4由SST完成中压AC至800VDC转换，替代传统工频变压器和部分集中整流功能，合计约13,986颗/MW，价值量约14.48万美元/MW。SST引入3.3kV高压SiC模块，推动SiC价值量继续提升；同时PDB与VRM的高频化使GaN保持较高的数量和价值弹性。

综合来看，从Phase 0至Phase 4，第三代功率半导体颗数/MW提升约4.1倍，价值量/MW提升约9.2倍。价值量增长快于颗数增长的核心原因在于高压新增环节的引入以及单颗器件耐压等级的提升。

SiC主线：高压入口向灰区扩张

SiC的核心增量并非单纯来自颗数增长，而是来自耐压等级和应用环节的系统性升级。应用位置从白区高压入口逐步延伸至数据中心灰区，Phase 0主要位于PSU图腾柱PFC和Hold-up，Phase 1扩展至Sidecar、800V DC-DC和SSCB，Phase 3-4进一步进入集中整流、BBU/CBU及SST。对应价值量由约9,500美元/MW提升至约87,400美元/MW。

800VDC及中压直转对SiC提出的要求已从单管耐压扩展至系统级性能。器件需要在耐压、Rds(on)、开关损耗、结温和短路能力之间取得平衡，同时满足高频运行、液冷散热和长期可靠性要求。芯片设计、终端结构、模块封装、散热路径和客户认证共同决定有效产能与系统价值。在供给端，普通6英寸产能可能面临消化压力，真正影响AI电源供给的是高压低阻产品的设计、良率、封装、模块能力和认证进度。随着AI数据中心放量，需求更可能集中在1200V、3.3kV及高可靠模块。

GaN主线：高频电源向GPU近端渗透

GaN的主要增量来自高频开关能力和高功率密度，而不是对SiC的全面替代。较低栅极电荷、近似零反向恢复和较小输出电容使GaN适合从数百kHz到MHz级的高频变换，可缩小变压器、电感和电容，并推动电源从集中式Shelf向Blade、PDB及GPU近端下沉。GaN在800V架构中的应用取决于分压/堆叠拓扑及动态均压能力，在100V/150V等低压侧更容易发挥高频优势，而在3.3kV中压侧仍主要由SiC承担。

从渗透路径看，Phase 0主要对应LLC原边，Phase 1扩展至IBC，Phase 2-3进一步进入On-blade/PDB，Phase 4则在PDB和GPU近端VRM中保持较高弹性。GaN颗数由约1,352颗/MW升至约11,558颗/MW，价值量由约6,200美元/MW升至约57,400美元/MW。然而，GaN进入高功率AI电源仍需解决电流能力、热管理、封装寄生参数、驱动保护和长期可靠性等问题，实际渗透速度取决于系统效率、体积和成本的综合平衡。

产业链映射与投资布局方向

本轮周期是结构性需求叠加价格修复，而非全行业同步短缺。AI电源需求增加的是高压、低阻、高可靠性和高频器件。与上一轮周期相比，当前需求更多来自AI数据中心实际装机和电力架构升级，供给端也更加分化。真正紧缺的是经过客户认证、满足效率和可靠性要求的有效产能。

在SiC领域，海外优先关注已覆盖SST、PSU、储能与SSCB并签订产能协议的龙头厂商如英飞凌、意法半导体、安森美等；国内重点关注士兰微、东微半导等已积极布局AIDC高压供电的企业，以及上游衬底环节的天岳先进。在GaN领域，英诺赛科以8英寸GaN-on-Si规模制造和15V-1200V产品矩阵覆盖从800V到GPU的完整链路；纳微半导体具备PDB/SST技术弹性；华润微650V D-mode GaN已进入量产并面向AI服务器电源应用。随着单机架功率迈向1MW，产业链的核心竞争将从单一器件性能扩展到芯片、封装、驱动、磁性元件和系统方案的协同优化。