【導(dǎo)讀】NVIDIA 最近將 ST 認(rèn)定為 NVIDIA AI Factory MGX 生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)者。NVIDIA MGX 是一種模塊化參考架構(gòu)，可作為數(shù)百種 GPU、CPU、存儲設(shè)備等組件的基礎(chǔ)。得益于雙方的持續(xù)合作，ST 的 40 V、12 V 和 6 V 架構(gòu)可幫助打造高密度供電板卡，并將其用于 NVIDIA MGX 機(jī)架中。簡單來說，NVIDIA MGX 通過提供一個工程師可以快速構(gòu)建的基礎(chǔ)，加速了 AI 數(shù)據(jù)中心的創(chuàng)建。隨著行業(yè)向 800 V HVDC AI 數(shù)據(jù)中心 邁進(jìn)，這類協(xié)作將確保平穩(wěn)而快速的過渡。（以上內(nèi)容更新于2026 年 6 月 29 日）
NVIDIA 和 ST 將推出兩款面向 800 VDC 架構(gòu)的新型電源傳輸板，這些方案基于我們在本博客文章中展示過的內(nèi)容。第一款是 6 kW、850 kHz 的 LLC 轉(zhuǎn)換器，采用與 2025 年所展示系統(tǒng)相同的 700 V GaN 功率晶體管。不過，這一較小型號在二次側(cè)采用的是 40 V 低壓 MOSFET，而不是 100 V GaN 器件，可將 800 V 轉(zhuǎn)換為 12 V，實(shí)現(xiàn) 97.5% 的峰值效率和 2,500 W/in3 的功率密度。簡而言之，它是 12 kW 系統(tǒng)的縮小版，省去了中間的 54 V 至 12 V 轉(zhuǎn)換器。
第二款電源傳輸板是一款 20 kW、650 kHz 的八級疊層 LLC 轉(zhuǎn)換器，初級側(cè)采用 120 V GaN 器件，二次側(cè)采用 25 V MOSFET。NVIDIA 將把它用于低功耗設(shè)備，因?yàn)樗蓪?800 V 輸入轉(zhuǎn)換為 6 V 輸出，峰值效率達(dá)到 96.5%。盡管其輸出電壓明顯低于 6 kW 板卡，ST 仍然保持了相近的功率效率水平。它將有助于為需要大電流但更偏好低電壓供電軌的中間電源軌供電，以提升效率，并為各類板卡和子系統(tǒng)中的 GPU、CPU 或內(nèi)存模塊供電。 （以上內(nèi)容更新于2026 年 3 月 17 日）
NVIDIA 已驗(yàn)證 ST 的 12 kW 電源傳輸概念驗(yàn)證板，實(shí)際上已進(jìn)入生產(chǎn)測試階段。這家 GPU 廠商甚至在由 Open Compute Project 組織的 OCP 2025 峰會上展示了由 ST 設(shè)計的完整原型。我們還將發(fā)布一份關(guān)于面向下一代 AI 數(shù)據(jù)中心的高密度電源傳輸解決方案白皮書，以幫助工程師理解驅(qū)動我們電源傳輸板的原理，以及我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)如此高的功率密度。該文檔涵蓋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)計考量、寬禁帶晶體管以及優(yōu)化方法等諸多內(nèi)容。（以上內(nèi)容更新于2025 年 10 月 13 日）
本文原始發(fā)布時間為2025 年 6 月 13 日，以下為原文：
ST 是 NVIDIA 推出 800 V 機(jī)架內(nèi)電源分配新計劃的關(guān)鍵合作伙伴。
這得益于 ST 的高密度電源傳輸板（PBD），它可在小型化外形中承載 12 kW 功率。憑借 ST 在 SiC 和 GaN 功率技術(shù)、STGAP 硅嵌入式電氣隔離 IP，以及我們先進(jìn)的模擬和數(shù)字處理能力方面的最新進(jìn)展，我們正在為數(shù)據(jù)中心開啟一個新時代。這使 NVIDIA 能夠減少線纜體積并提升效率。我們的合作意味著，在數(shù)據(jù)中心歷史上，我們首次能夠以超過 98% 的效率持續(xù)傳輸 12 kW 電力，并在 50 V 輸出下實(shí)現(xiàn)超過 2,600 W/in3 的功率密度。
NVIDIA 為什么甚至?xí)紤]使用 800 V？
重新思考不可持續(xù)的模式
數(shù)十年來，依賴 48 V 電源分配系統(tǒng)的典型 15 kW 機(jī)架一直能夠輕松滿足數(shù)據(jù)中心在處理器、內(nèi)存和存儲方面的需求。然而，隨著 AI 的出現(xiàn)以及依賴 GPU 的應(yīng)用大規(guī)模爆發(fā)、并需要龐大的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)極致并行性，系統(tǒng)架構(gòu)師如今面臨著設(shè)計功率需求介于 600 kW 到 1 MW 之間機(jī)架的挑戰(zhàn)。不言而喻，功耗的巨大增長需要一種全新的方法。舉例來說，若要以 48 V 傳輸 600 kW，將需要高達(dá) 12,500 A 的驚人電流！僅僅想象一下為應(yīng)對此情況所需的電纜、母排和散熱器尺寸，就足以讓一些工程師“暈過去”。
展望電力分配的未來
800 V 是 AI 數(shù)據(jù)中心的必然選擇
因此，最明顯的解決方案是提高輸入電壓，以減少所需電流。這將自動顯著減少線纜和母排的使用。它還會減少交流電網(wǎng)與機(jī)架直流電源分配之間的轉(zhuǎn)換步驟。事實(shí)上，在另一篇相關(guān)文章中，NVIDIA 認(rèn)為轉(zhuǎn)向 800 V 相比當(dāng)前的 54 V 系統(tǒng)可將效率提升高達(dá) 5%。簡而言之，在許多人關(guān)注超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心可持續(xù)性的當(dāng)下，轉(zhuǎn)向 800 V 是在滿足更高 AI 創(chuàng)新技術(shù)需求的同時，顯著提升資源利用率的最佳方式之一。
然而，挑戰(zhàn)在于開發(fā)一種能夠?qū)?800 V 轉(zhuǎn)換為中間母線、再由該母線生成 GPU 核心電壓的電源分配系統(tǒng)，同時還要適配適用于服務(wù)器機(jī)架的緊湊外形。這里的空間限制至關(guān)重要，因?yàn)闄C(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸。不幸的是，器件靠得太近會加劇電磁干擾和散熱管理問題。因此，工程師必須找到一種方案，在保持緊湊外形的同時應(yīng)對這一顯著更高的電壓。800 V 系統(tǒng)還需要一套全新的隔離與接地系統(tǒng)。同樣，保護(hù)機(jī)制和故障處理也會變得完全不同。NVIDIA 因此尋求 ST 提供解決方案。
ST 如何在 2,600 W/in3 的條件下實(shí)現(xiàn) 12 kW？
滿足熱插拔要求
為應(yīng)對 800 V 機(jī)架固有的挑戰(zhàn)并滿足熱插拔要求，我們的團(tuán)隊設(shè)計了兩個部分：熱插拔保護(hù)電路和功率轉(zhuǎn)換器。第一部分采用我們的 1,200 V 碳化硅（SiC）器件以及帶有電氣隔離功能的 BCD（BIPOLAR-CMOS-DMOS）控制器。2021 年，IEEE 認(rèn)定 ST 為 BCD 系列硅工藝的發(fā)明者。BCD 可將模擬與數(shù)字元件相結(jié)合，有助于提升電源管理解決方案的效率和可靠性。同樣，ST 在碳化硅器件方面擁有近 30 年的經(jīng)驗(yàn)，并且是首批將其推廣至電動汽車的廠商之一。因此，我們過往的經(jīng)驗(yàn)使我們能夠很好地應(yīng)對這一新挑戰(zhàn)。
優(yōu)化初級側(cè)
STGAP 器件
第二部分是 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，它將機(jī)架內(nèi)的 800 V 轉(zhuǎn)換為每臺服務(wù)器所需的 50 V。為了在如此小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一能力，ST 在初級側(cè)采用了堆疊半橋配置中的 650 V 氮化鎵（GaN）晶體管，以及 STGAP 電氣隔離柵極驅(qū)動器。得益于其 3.4 eV 的寬禁帶和 1,700 cm2/Vs 的電子遷移率，GaN 具有獨(dú)特特性，能夠?qū)崿F(xiàn)較低的輸出電容和更低的導(dǎo)通電阻，使其成為應(yīng)對如此高頻操作的理想材料。
優(yōu)化二次側(cè)
在二次側(cè)，ST 使用了較低電壓的 GaN 晶體管（100 V）、低壓柵極驅(qū)動器以及我們的 STM32G4 微控制器。得益于其分辨率低于 200 皮秒的定時器，該 MCU 能夠?qū)崿F(xiàn)與此類轉(zhuǎn)換所需開關(guān)頻率相匹配的高性能控制。同樣，借助 STGAP 器件的能力，ST 可以將電源轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)和二次側(cè)完全隔離，從而保護(hù)其免受電磁干擾和其他可能破壞如此緊湊外形的異常事件影響。
將變壓器拆分為兩組各四個更小的變壓器
除了選擇合適的器件外，ST 還需要應(yīng)對極其嚴(yán)苛的空間限制，這意味著必須縮小磁性器件尺寸。尤其是 10 kV 隔離會占用原本分配給變壓器的空間。為了減少變壓器所用的磁性器件，我們將傳統(tǒng)更大的全橋拓?fù)浞殖蓛山M并聯(lián)工作的四個更小的整流全橋。通過將變壓器分成兩組，我們可以減少進(jìn)入磁芯的磁通量并分散散熱。此外，通過使用這四個更小的全橋，我們能夠采用更小的鐵氧體磁芯，從而縮小整個變壓器的尺寸。
這份器件與拓?fù)浞桨盖鍐纬浞肿C明了 ST 多年來積累的深厚專業(yè)能力，也使我們的解決方案獨(dú)具特色。許多廠商不得不從其他供應(yīng)商處采購這些部件，而我們能夠提供完整的一體化內(nèi)部解決方案，這對優(yōu)化工作有著顯著幫助。這種新的 800 V 電源分配架構(gòu)也凸顯了緊湊封裝、最小化寄生電感以及雙面散熱的重要性。的確，若器件采用較大且未優(yōu)化的封裝，這種小型化外形將不可能實(shí)現(xiàn)。然而，由于 ST 始終致力于以最小封裝提供器件，我們成為了 NVIDIA 的重要合作伙伴。
從整體來看
業(yè)界正在探索構(gòu)建更高效超大規(guī)模 AI 基礎(chǔ)設(shè)施的方法，但并非所有人都在走同一條路線。例如，有些正在探索 ±400 V 系統(tǒng)。憑借我們的專業(yè)能力和產(chǎn)品組合，我們可以非常輕松地復(fù)用在功率轉(zhuǎn)換器方面的工作，并適配不同的功率需求。本質(zhì)上，ST 已經(jīng)能夠服務(wù)所有希望提升其 AI 數(shù)據(jù)中心效率和可持續(xù)性的公司。
NVIDIA 的公告與合作具有重要意義。NVIDIA 已經(jīng)批準(zhǔn)了我們的概念驗(yàn)證，接下來我們將著手制造這些板卡用于測試。這一里程碑彰顯了合作如何改變數(shù)據(jù)中心格局，并帶來幾年前還難以想象的效率提升。NVIDIA 的 800 V HVDC 架構(gòu)與 ST 的電源分配板代表著數(shù)據(jù)中心的一個新時代。
