传统数据中心机架长期徘徊在10–30 kW区间，设计规范、供电母线、散热通道皆以此为原点。进入2025年，训练万亿参数模型所需的GPU密度把单机柜推向100 kW、200 kW，英伟达公开路线图更将600 kW列为2027年“标准机架”目标。功率密度三年激增十倍，意味着铜排、风冷、48 V直流、列间空调等“经典架构”全部撞墙。本文从供电、散热、功率器件、机房土建四个维度拆解：600 kW机架为何成为AI数据中心的“新稳态”，以及产业如何携手跨越这场物理极限大考。
AI算力密度引爆功率雪崩
大模型训练依赖“卡间带宽+卡内算力”双重扩展：单卡功耗从V100的300 W升至B200的1 kW，满配8卡即8 kW；NVL72把72个GPU+36个CPU塞进一个6 U“计算托盘”，单托盘25 kW，一个42 U机架可装下12托盘，理论峰值300 kW；英伟达Kyber架构进一步把288 GPU装进同一机架，配合1.6 T光模块和DPU，整机峰值突破600 kW。当“机柜”进化为“AI Factory in a Rack”，功率密度不再由服务器数量决定，而是由硅光互连与液冷通道决定。
48 V走向尽头：电流超标与铜排肥胖症
以48 V输送600 kW，理论电流高达12 500 A；即使采用叠层铜母线，截面积也需1 200 mm²，重量>200 kg，机柜承重、地板荷载、走线空间全部告急。同时，大电流带来I²R损耗：每增加1 mΩ接触电阻就损失1.56 kW，整柜损耗轻松超过30 kW，相当于多开一台“电炉”。48 V架构在200 kW级别已逼近物理极限，600 kW必须换轨高压直流。
800 V HVDC登场：降流、提效、缩体积
行业把目光投向800 V直流（±400 V），电流降至750 A，仅为48 V的6%，母线截面积缩小20倍，线槽重量下降85%，配电损耗降低5%–7%。
能效链：市电→800 V DC→48 V DC→12 V DC→芯片，减少两级AC-DC变换，整链路效率提升3%–4%，对600 kW机架意味着年省电210 MWh，折合13万美元电费。
空间链：800 V采用直径6 mm铝管即可替代原本10×100 mm铜排，机柜背部腾出4 U空间，可多放4个GPU托盘，算力密度再增20%。
安全链：800 V需符合IEC 62368-1高压隔离，连接器采用touch-safe设计，绝缘监测模块实时检测mA级漏电流，确保人身与设备安全。
功率器件：SiC/GaN撑起高频高压
高压架构需要高开关频率以减小磁性元件体积，传统硅MOSFET在800 V/100 kHz工况下效率骤降，SiC与GaN成为唯一选择：
SiC JFET：导通电阻仅硅基一半，开关损耗降低40%，英飞凌、安森美已推出800 V/100 A模块，用于800 V→48 V DC-DC，效率98.3%；
GaN HEMT：频率可达1 MHz，功率密度>2600 W/in³，ST与英伟达联合开发的12 kW/800 V电源板仅手机大小，为机架级“电源砖”奠定基础；
集成封装：将驱动、保护、电流采样与功率芯片合封，减少寄生电感，支持500 kHz开关，磁性元件体积缩小60%，让600 kW电源可塞进4 U空间。
液冷：从“选配”到“强制”
600 kW机架热流密度≈15 kW/ft²，风冷极限仅2 kW/ft²，液冷成为“强制标配”：
冷板级：GPU/CPU采用micro-fin结构，流量8 L/min即可带走25 kW；
机架级：CDU（Coolant Distribution Unit）从1 MW升级到2.3 MW，单柜可支持288 GPU满载600 kW；
设施级：冷却液温度升至45 ℃，全年自然冷却>300天，PUE降至1.08；
热回收：45 ℃回水可直接用于楼宇供暖或区域供热，北欧新建数据中心把“废热”作为第二收入，摊薄运营成本8%。
机房土建：楼板、层高、承重全部重写
传统机房楼板承重1.2 t/m²，600 kW机架满载重量>2.5 t，需加建钢梁或采用立体网格地板；层高从4.5 m提升至6 m，顶部留出1.5 m用于液冷歧管与光缆槽；消防系统放弃气体灭火，改用细水雾+高压氮气复合，既扑灭电池火又保护电子设备。可以说，600 kW机架不是“放进去”，而是“建出来”。
经济效益：CAPEX换OPEX的杠杆
CAPEX：800 V HVDC系统单kW成本增加120美元，但节省铜排、开关、线缆后，整柜造价反而下降7%；
OPEX：600 kW机架年电费52万美元，相较48 V方案节电3%，三年回本；再加上热回收收益，TCO下降10%–12%，成为云厂商“降本增效”的新杠杆。
生态演进：从“卖盒子”到“卖系统”
芯片厂：博通、英伟达提供参考设计，把电源、液冷、机械一并打包，芯片商变身“基础设施公司”；
设备商：维谛、Vertiv推出2.3 MW CDU整机，与GPU同周期迭代，电源散热成为“订阅服务”；
运营商：北欧、魁北克、阿联酋等可再生能源富集区域，凭借低价绿电吸引600 kW级超算集群，数据中心选址逻辑从“靠近用户”转向“靠近绿电”。
路线图：600 kW只是中继站，1 MW已在视野
英伟达透露，2028年Feynman架构将把机架功率推向1 MW，液冷需要再次革命，可能走向浸没+喷射混合；SiC器件目标击穿电压1.7 kV，母线电压有望升至1 kV，电流控制在1 kA以内，为单柜1 MW提供物理可能。
总结
600 kW机架不是简单的数字游戏，而是供电、散热、功率半导体、土建、运维五大系统的耦合重构。它把“数据中心”从楼层级压缩到机柜级，把“能效”从PUE 1.5拉到1.08，把“算力”从分布式拉回高密集中。谁先完成800 V HVDC、液冷、SiC/GaN、承重土建的四重跨越，谁就能在2027年AI Factory竞赛里掌握“电力-算力”定价权，让“瓦特”直接兑换“FLOPS”，奠定下一代AI基础设施的硬核标准。
参与评论 (0)