Maurizio Di Paolo Emilio，EPC 市場傳播總監
人工智慧的快速發展正迫使資料中心重新思考其電源架構。傳統伺服器設計從未考慮過支援現代 AI 工作負載所需的極高功率密度。這些設施正日益演變為我們所稱的「AI 工廠」，其首要目標是在有限的實體空間內最佳化運算能力。
實現這一轉變的關鍵技術之一是採用 800 VDC 配電。高電壓方案使機架級功率能夠從傳統水準擴展到百萬瓦級，這對於下一代加速器平台至關重要。將 800 V 直流電直接供給運算子系統會在絕緣協調和元件應力方面帶來新的挑戰，但同時也為重新思考隔離方式提供了機會。在這方面，輸入串聯輸出並聯（ISOP）轉換器拓撲因其模組化、可擴展性和高效率而越來越受到重視。
從漸進式增長到功率密度的躍升
AI 硬體的演進已經打破了資料中心傳統的功率增長路徑。早期運算平台的功耗通常是逐步增加，而如今的 AI 叢集——尤其是基於緊密互聯 GPU 架構建構的叢集——呈現出更加陡峭的增長曲線。電力供應能力以及運算單元之間的實體距離都是關鍵的系統限制條件，對效能產生重大影響。
圖形處理器（GPU）由數十億個微型電晶體組成，這些電晶體密集整合在矽基板上，其特徵尺寸可小至 20 Å（約等於 DNA 分子雙螺旋結構的寬度）。驅動這數十億個處理單元所需的功率正以與其運算能力相同的速度增長。
因此，機架級功率密度已不再呈線性增長。相反，每一代新的 AI 硬體都可能導致所需功率大幅躍升，往往達到前一代的數倍。由此產生的變化使電力傳輸基礎設施變得比以往任何時候都更加重要，並已成為整體系統效能和佈局中的關鍵考量因素。
採用 800 V 高壓直流配電是因應這些挑戰的一種極具吸引力的解決方案。更高的配電電壓可直接降低導通損耗、減少銅材使用量、簡化互連設計，因此在給定功率條件下可實現更低的功率水準。與傳統交流系統或低壓直流匯流排相比，這種架構能夠顯著提高電力傳輸效率和空間利用率。
另一個優勢是架構的靈活性。高功率密度的電源轉換級可以佈置在高度密集的運算區域之外，從而為處理硬體釋放寶貴空間。但這一轉變也帶來了新的考量。AI 工作負載會導致功率需求快速且大幅變化，並傳播到整個系統。為了緩解這些影響，分散式儲能系統正越來越多地被用於平滑暫態變化並維持系統穩定。
從這個意義上說，800 VDC 不僅是一種最佳化方案，更是下一代高密度運算環境的關鍵致能技術。
如何傳輸電力
傳統電源架構在向單一機架提供超過 200 kW 功率時正面臨挑戰。目前，電力通常以 240 VAC 輸入機架，轉換為約 400 VDC，然後在機架內部的電源托盤中再降壓至 48 VDC。隨後，每塊伺服器板都由 48 V 供電，並進一步轉換為處理器所需的低於 1 V 的電壓。
隨著運算能力提升，這種方法開始觸及根本性極限。現代 AI 伺服器板可能需要數千瓦功率，這意味著在低電壓下必須傳輸數十甚至數百安培電流。當功率進一步提升時，標準連接器和電纜所需承載的電流很快會變得難以處理，同時受到熱效能和機械結構方面的限制。
因此，業界正轉向以更高電壓向伺服器板傳輸電力。採用 800 VDC 或 ±400 VDC 架構可以降低電流水準，從而使電力分配更加實用和高效。
在這些早期系統中，高壓電源通常在系統外部產生，通常位於一個專用的「側掛式」機架中，然後再分配到運算機架。根據具體設計，電壓可以在伺服器板本地轉換為 6 V 或 12 V 等中間電壓，也可以先在機架內轉換為 48 V 後再進行分配。
伺服器板是極其昂貴且空間高度受限的關鍵資源，因此任何板載電源轉換方案都必須高度緊湊、低高度並具有極高效率，同時還必須支援先進的熱管理策略。
用於可擴展隔離的 ISOP 架構
在高壓直流系統中，隔離級需要具備高效率、緊湊尺寸和可靠的熱效能。ISOP 轉換器拓撲（輸入串聯、輸出並聯）能夠巧妙地將電氣應力分配到多個模組上。
在 ISOP 架構中，各轉換器的輸入端串聯連接，使系統能夠承受較高的輸入電壓，而輸出端則並聯連接以提供大電流。由於每個模組只承擔總電壓和總功率的一部分，因此單一元件承受的電氣和熱負載均有所降低。
諧振 LLC 轉換器非常適合這種模組化概念。這些轉換器設計為在接近諧振點的位置運行，從而實現高效率，並使模組之間自然實現電壓和電流均衡。這種固有的均衡特性減少了對複雜控制方案的需求。不過，LLC 轉換器通常具有固定的轉換比，因此最適合用於無需嚴格電壓調節的轉換級。
與單體式設計相比，ISOP 實現方式具有多項優勢，包括降低開關元件上的電壓應力、簡化絕緣要求、改善熱量分布以及提高功率密度。這些特性非常適合 AI 伺服器電源解決方案的嚴格要求。
圖 1：ISOP 的基本概念是採用低壓元件構成串聯堆疊的 LLC 轉換器，同時將它們的輸出端並聯連接。
低壓運行的優勢
ISOP 配置的一項主要優勢是能夠使用較低耐壓等級的半導體元件。總輸入電壓可以由多個模組共同分擔，因此每一級所承受的電壓範圍更小。這使設計人員能夠採用速度更快、效率更高的元件。
在採用氮化鎵（GaN）等寬能隙技術時，這一點尤其有利。這些低壓 GaN 元件相比高壓元件具有更低的導通損耗、更低的閘極電荷以及更優異的開關特性。這些性能對於高頻運行和緊湊型系統設計至關重要。
對於從 800 V 降壓的傳統單級轉換器，元件必須能夠承受完整的輸入電壓。相比之下，基於 ISOP 的方案允許採用額定電壓低得多的元件，例如 150 V GaN 電晶體，從而獲得更高效率和更小佔板面積。這些元件也非常適合直接液冷等先進熱管理技術。
交錯運行與漣波抑制
ISOP 系統的模組化特性還可以透過相位交錯實現良好的漣波抑制。具體方法是讓多個轉換器模組以等間隔的開關相位工作，從而使總輸出電流更加平滑。 這種方法能夠降低電流漣波幅度，同時提高漣波頻率，從而減少輸出電容需求。由此形成的設計更加緊湊，暫態響應更佳，整體效率也更高。這一優勢對於 AI 工作負載所特有的大電流應用尤其重要。ISOP 拓撲將負載分配到多個通道，而不是迫使巨大的漣波電流流經單一轉換級，因此能夠改善電氣效能和可靠性。
展示：6 kW 模組化轉換器
一個實際實現範例展示了基於 ISOP 設計的實際優勢。在該範例中，6 kW 隔離級由八個相同的 LLC 模組採用 ISOP 架構構成。每個模組轉換約 750 W 功率，將中間電壓轉換為適用於運算硬體的低壓輸出。
該設計在初級側和次級側均採用緊湊型 GaN 元件，並透過同步整流實現最高效率。嵌入多層 PCB 中的平面變壓器不僅提供隔離，還實現了極低的整體高度。
完整系統採用表面黏著結構，實現了極小的佔板面積，並支援先進的冷卻策略。實驗驗證顯示，其峰值效率超過 98%，滿載效率超過 97%，證明了這種架構非常適用於高密度 AI 環境。
圖 2：EPC91123 是一款 800 V 至 12.5 V、6 kW、八級 ISOP DC-DC 轉換器，厚度僅為 8 mm，設計用於直接安裝在伺服器板上。該轉換器的峰值效率為 98.3%，滿載效率為 97%。
參考資料
《GaN Power Devices for Efficient Power Conversion》，第四版——作者：Alex Lidow、Michael de Rooij、John Glaser、Alejandro Pozo Arribas、Shengke Zhang、Marco Palma、David Reusch、Johan Strydom。
Pozo, A.; de Rooij, M.，「Using Low-Voltage GaN in ISOP Converters for AI Servers with 800 V Architecture」，Bodo Power Systems，2026 年 3 月。
Huntington, J.; Tu, M.，「800 VDC Architecture for Next-Generation AI Infrastructure」，NVIDIA 白皮書，2025 年。
EPC91123 – 6 kW、800 V 至 12.5 V 隔離式轉換器評估板