AI需求持續發酵,包括Meta、Google、Amazon、OpenAI等大戶,無不加蓋資料中心,以應付未來的算力需求。
然而,與算力隨之而生的是電力需求,而隨著GPU效能持續增加用電量持續攀升,AI晶片龍頭輝達(NVIDIA)也預告將於2027年導入800伏特 HVDC(高壓直流)架構,用來支援新一代Kyber 1MW機櫃。
目前AI伺服器的電力配置,需將電網的交流電(AC)轉換成直流電(DC)再提供給各機櫃使用,中間需要許多的轉換節點,也造成電力的損耗和熱能產生。
但如果從配電的開始就以直流電來配送電力,就能大大減少能源損失。也因此,高壓直流電(HVDC)就扮演著關鍵角色。
HVDC是什麼?AI時代來了,電力也要升級
到底高壓直流電(HVDC)是什麼?
一般常見的電力裝置使用的是交流電(AC),電流在傳輸過程中會產生熱損,就像油罐車在配送油品至加油站的途中,因為溫度升高而出現的揮發損耗。當油品卸入加油站地下油槽時,氣壓變化也會造成氣化損耗,這就如同電力進入終端設備時因轉換效率而產生的能量損失。
而高壓直流電(HVDC)相較於傳統交流電(AC),就像是將油品透過密閉高壓管線直接輸送,而非使用一車車油罐車運送。密閉管線則能穩定控制壓力與流速,幾乎沒有損耗。HVDC 同樣透過穩定電壓與單一方向流動,大幅降低傳輸損耗、提高效率,特別適合跨區、超長距離的電力傳輸需求。
在現有的AI伺服器配電架構上,採用的是低壓直流匯流排(Busbar)進行供電,電壓僅有48V、54V(伏特),需要更粗的銅線傳輸電力,才能維持伺服器功率,導致能量因電流過大而發熱損耗,但若改成高壓直流電(HVDC),以400V、800V的電壓供電,電流就可以降低,減少熱損耗。
簡單來說,HVDC主要的優點就是可以把大量的電,從很遠的地方、或是從一些特別的地方(像是海上風力發電廠)高效地送過來,而且損耗比較少。對於未來的AI伺服器這種「用電大戶」來說,直接用HVDC供電,就像是把「高速公路」直接接到電腦裡,讓電腦可以直接「吃到」更純淨、更有效率的電,也能更省電。
HVDC可將電源效率從87.6%提升至89.1%,若再簡化透過固態變壓器,電源傳輸能效將增加至92.1%。台達電源及系統事業群副總裁暨總經理陳盈源指出,即使是1%的效率提升,對於一個GW(十億瓦)級別的資料中心來說,也相當於節省了10MW的電力,能顯著節省大量的用電成本。
HVDC常見的應用場域:
1. 跨海或長距離的電力傳輸 :將風力發電或太陽能發電的電,從海上或偏遠地區送到城市。
2. 連接不同國家的電網 :不同系統的國家可以互相支援用電。
3. 大型再生能源發電廠 :如海上風電場,因位置相距遠,用 HVDC 傳輸效率更高。
4. AI資料中心/伺服器 :未來必然會越來越多,HVDC為直流電可減少轉換損失,更省電。
以目前正在量產的輝達GB200 NVL72的機櫃來說,一組機櫃用電量是140kW,其供電的方式已從交流電(AC)轉換成直流電(DC),但現有的資料中心仍然以AC電源供應為主,陳盈源指出,從電網到晶片的電力轉換,傳統AC架構的供電效率僅約87.6%,「每一次電壓轉換都會產生損耗並轉化為熱能,導致大量電力在未使用前就損失掉,」且AI伺服器的負載變化劇烈(例如從120KW增至1.2MW),這會導致電壓不穩定,造成不斷電系統(UPS)異常放電、電池壽命縮短,發電機因無法承受快速負載變動而損壞,甚至可能引發電網跳電。
而一台機櫃中,AI伺服器就佔用了機櫃中四分之三的空間,使得機架式電源、備用電源(BBU)或機架式電容(PCS)等電力設備沒有足夠的額外空間安裝,若轉換成高壓直流 (HVDC) 電源架構,能提升AI資料中心供電效率並簡化電力傳輸路徑。透過減少電力轉換次數來提高效率,能減少30%以上線路損失,橋接50Hz/60Hz電網,也成為全球電網升級的首選技術。
台灣有哪些廠商布局HVDC?
HVDC的配送需要有高壓電纜、電源供應器以及變壓器,以下為各領域台廠布局:
高壓電纜
在電力傳輸路徑中,高壓電纜扮演著輸送電力的「血管」。台灣的線纜大廠如華新麗華、大亞等,雖然傳統上主力在AC高壓電纜,但由於HVDC對電纜絕緣與材料有更高要求,這些廠商也正積極投入HVDC專用電纜的研發與製造,未來可望成為HVDC傳輸基礎設施的關鍵供應商。
電源供應器
除了上述重電與線纜廠商,電力電子與電源供應器廠商台達電也在5月宣布投入HVDC電力設備技術開發,預期將加速HVDC在資料中心的普及。根據口袋學堂指出,台達電目前在HVDC相關產品占比總營收24%,設備如資通訊基礎建設、800V HVDC電源櫃、1.8MW動力系統。
台達電指出,針對800V HVDC全新架構,已開發對應的電源產品,預期很快會導入客戶端應用。而台達電也是少數從「電網到晶片(Grid-to-Chip)各個轉換階段都可以提供完整電源和散熱方案的供應商,目前相關產品也已送樣給客戶驗證。
變壓器
華城則是聚焦在HVDC變壓器的訂單,預計占比營收超過30%,並且擁有全台首座500kV HVDC單相400MVA變壓器製造技術,目前訂單能見度滿載到2028年。
士林電機則是啟動變壓器和直流繼電器(HVDC RELAY)新產線,此產品也是HVDC系統中重要的保護元件。
世界經濟論壇2025年年度會議指出,2024年全球資料中心總用電量為2,610億度電,相當於全台灣一年的用電總量(2024年為2,830億度電),他們也預估未來全球資料中心(包括超大型及邊緣運算)2022到2030年用電量將增長300%,預計到2027年,全球AI資料中心的用電量將會增加到5,000億度(kWh)。
陳盈源2025年5月曾於「COMPUTEX系列論壇活動–AI NEXT FORUM」論壇中表示,蓋一個電廠3~5年,以現在資料中心的用電成長幅度,供給根本不夠,如何讓配電更有效率、更節能的被使用,是在AI蓬勃發展下,各個資料中心都需要面對的課題。
而高壓直流電(HVDC)作為一種高效、低損耗的電力傳輸技術,正好回應AI資料中心急遽升溫的用電挑戰,也有助推動電網升級、邁向淨零轉型。而台灣廠商憑藉在電源供應器、重電設備、變壓器以及線纜等領域的技術與全球供應鏈地位,有望在全球AI能源轉型中扮演關鍵角色,為台灣帶來新的產業成長動能。
責任編輯:李先泰