进入吉瓦时代：数据中心供电与散热的技术破局之道

数据中心迈入吉瓦时代，供电与散热不再是相互独立的子系统，而是需要从系统层面进行协同设计。

随着人工智能（AI）大模型的爆发式增长，数据中心正以前所未有的速度向规模化、高密度化演进。从兆瓦（MW）到吉瓦（GW），数据中心的功率规模不断突破，传统的供电与散热架构已逼近物理极限。

根据相关的预测显示， 2026-2028年柜外电源规模增速分别为62.0%、57.0%、64.1%，同期液冷市场增速分别为104.8%、65.4%、59.1%。这些数据表明，供电与散热领域正处于技术升级和市场规模同步爆发的黄金窗口期。

吉瓦时代，传统架构逼近物理极限

传统数据中心机架长期徘徊在10-30kW区间，设计规范、供电母线、散热通道皆以此为原点。然而，进入2025年，训练万亿参数模型所需的GPU密度将单机柜推向100kW、200kW。

英伟达公开路线图更将600kW列为2027年“标准机架”目标，功率密度三年激增十倍。与此同时，全球数据中心容量预计到2030年将达到220GW，其中AI数据中心规模达156GW。单个数据中心园区迈入吉瓦级容量已不再是远景，而是正在落地的现实。

在供电端，以48V直流为终端的传统配电架构在200kW级别已逼近物理极限。以48V输送600kW功率，理论电流高达12500A，即使采用叠层铜母线，截面积也需1200mm²，重量超过200kg，机柜承重、地板荷载、走线空间全部告急。大电流带来的I²R损耗同样惊人：每增加1mΩ接触电阻即损失1.56kW，整柜损耗轻松超过30kW。

在散热端，芯片功耗的飙升同样令人侧目。英伟达B300 GPU的热设计功耗已达1400W，而下一代Rubin芯片预计将超过1500W。传统风冷技术的换热效率正逼近空气介质的物理极限。数据中心能耗结构中，制冷系统约占27%，以2023年我国算力中心1500亿千瓦时总用电量计，就有约400亿度电用于散热，相当于三峡水电站半年的发电量。

中国科学院院士张锁江近期就曾指出，智算中心的发展已不可逆转地迈入“兆瓦级时代”，这已非未来概率，而是正在发生的现实。当单机柜功率从10-30kW的“经典区间”跃升至百千瓦乃至兆瓦级，当整个数据中心园区以吉瓦为计量单位规划容量时，传统的供电与散热架构正在遭遇物理极限。

供电技术变革：从交流UPS到800V直流

面对功率密度的指数级增长，数据中心供电架构正沿着“UPS→HVDC→巴拿马电源→SST”的路径加速演进，核心方向是提高效率、简化链路、提升电压等级。

从AC到HVDC：效率与成本的必然选择。传统交流UPS架构的局限性正日益凸显。计算机芯片运行在低压直流电上，而传统交流架构需要经过整流、逆变、降压等多级转换才能将电网电力输送至芯片，每一步都引入效率损耗，在实际运行环境中，整体系统效率通常被限制在75%-80%。HVDC将所有交流一次整流，然后在整个设施内分配直流电，更少的转换环节意味着更少的损耗，端到端效率可提升至85%-90%。

800V HVDC：600kW机架时代的新稳态。目前，行业正将目光投向800V直流（±400V）。以800V输送600kW，电流降至750A，仅为48V架构的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%。在能效方面，市电→800V DC→48V DC→12V DC→芯片的链路减少了AC-DC变换环节，整链路效率提升3%-4%，对600kW机架意味着年省电210MWh。在空间方面，800V采用直径6mm铝管即可替代原本10×100mm铜排，机柜背部腾出4U空间，可多放4个GPU托盘，算力密度再增20%。在铜价持续攀升的背景下，“硅进铜退”已成为行业共识，800V直流供电的经济性优势尤为突出。

巴拿马电源与SST：演进路线中的中国方案。从产业落地节奏看，800V HVDC已进入试点阶段，预计2026年下半年海外将迎来首个落地项目。国内企业已推出从10kV降压到240V或800V的巴拿马电源产品，将供电效率从传统UPS或HVDC的94%提升至98%。巴拿马电源将10kV转化为800V系统后，可为不同负载供电：既可通过Powershelf方式为整机柜供电，也可通过800V直接给服务器PSU供电。

更长远地看，固态变压器被视为终极解决方案。SST采用高频电力电子技术，系统效率可达98.5%，单功率柜输出功率达1MW，占地面积大幅减小，完美适配新一代智算中心需求。英伟达已将技术演进路线明确为交流UPS→800V HVDC→SST/中压整流器，预计2028年后SST将进入规模化应用阶段。

值得一提的是，英伟达作为AI加速器的主导供应商，已宣布其预计从2027年开始推出的Kyber机柜级系统将采用800V HVDC作为标准供电架构。微软和Meta于2024年发布了Mt. Diablo项目，谷歌于2025年加入，共同推动±400VDC三导体系统的标准化。

散热技术革命：液冷从可选走向必选项

在散热方向，液冷正在从可选项走向必选项。

从国家层面来看，数据中心的能效约束已硬化为强制性目标——到2025年大型数据中心PUE须降至1.3以下、全国平均PUE低于1.5。传统风冷技术在热工效率上的边际改善已趋极限，液冷成为满足合规要求的必选工程手段。

当前，液冷技术也在进行着多元化的演进。目前的数据中心液冷技术主要分为三大路线：冷板式液冷（直接芯片冷却）、浸没式液冷和喷淋式液冷。冷板式液冷将带有冷却液的冷板直接安装在GPU等热源顶部，是目前应用最广泛的技术路线，其PUE可达1.02至1.20。浸没式液冷则将服务器完全浸没在冷却液中，使热源与冷却剂直接接触，实现最佳的冷却性能，PUE可低至1.01。更前沿的相变浸没液冷则利用液体沸腾相变实现高效换热，散热能力可达200W/cm²以上。

2026年4月，曙光数创发布的C8000 V3.0相变浸没液冷整机柜解决方案将散热技术推至新高度。该方案采用浸没式相变液冷换热技术，散热能力超过200W/cm²，最高可支持单机柜功率超过900kW，达到MW级别，是传统液冷方案的3-5倍。方案采用自研国产冷媒，可实现全年自然冷却，并首次规模化应用金刚石铜导热材料，导热率提升80%。

该方案并非单一技术迭代，而是对散热、供电、控制与结构的系统性重构。通过浸没式相变液冷换热技术、高压直流供电技术、相变换热自动控制技术、机电转化及结构密封技术、硬件适配及开发五大技术突破，实现了机房面积节省超85%，数据中心PUE降至1.04以下，高密度场景下总拥有成本也优于冷板、风冷方案。这一MW级单机柜功率密度提前达到国际领先厂商规划的2028年技术目标，推动中国智算基础设施在关键性能上实现“代差”超越。

除此之外，全球数据中心热管理领域同样在积极布局。江森自控于2026年2月发布了面向吉瓦级AI数据中心的参考设计指南系列，覆盖水冷、风冷和吸收式制冷机组等多种方案，旨在帮助客户部署可扩展、可重复、有韧性的吉瓦级AI基础设施。台达则在NVIDIA GTC上展示了围绕800V直流架构的完整供电与冷却产品线，包括2.4MW列间冷却液分配单元、3MW液冷CDU和微通道冷板设计等。

总结：供电与散热的协同发展

数据中心迈入吉瓦时代，供电与散热不再是相互独立的子系统，而是需要从系统层面进行协同设计。从曙光数创C8000 V3.0的五大技术突破到英伟达Kyber的800V直流架构，再到江森自控的吉瓦级热管理参考设计，产业界正从以服务器为中心的思路转向以基础设施为中心的范式革命。

我们相信，未来的AI工厂不再只是算力密集之地，更将是供电与散热架构的系统工程杰作——它需要芯片、服务器、电源、热管理、电网等各个环节的深度协同，才能真正释放下一代人工智能的全部潜能。