????????近期，英偉達(NVIDIA)已完成對意法半導體(ST)12kW配電概念驗證板的設計驗證測試，這一成果標志著該項目正式邁入生產驗證測試階段。在開放計算項目(OCP)2025峰會上，這家GPU制造商展示了由意法半導體設計的完整12kW電力傳輸板樣機。同時，ST也即將發布一份關于下一代人工智能數據中心高功率密度配電解決方案的白皮書，幫助工程師深入了解該電力傳輸板的工作原理，以及高功率密度的實現方式等。該白皮書將涵蓋拓撲結構、設計考量、寬禁帶晶體管、架構優化等核心內容。

意法半導體是英偉達新推出的800V機架配電開發計劃中的重要合作伙伴。雙方合作的核心原因是意法半導體研發的高功率密度電力傳輸板(PBD)。這款傳輸板采用小型化設計，卻能承載12kW的功率。依托碳化硅(SiC)與氮化鎵(GaN)功率芯片技術的最新突破、STGAP硅基嵌入式電隔離專利，以及先進的模擬數字信號處理能力，意法半導體正推動數據中心行業邁入新時代。借助這款電力傳輸板，英偉達得以縮減線纜體積、提升系統效率。此次合作實現了數據中心領域的一項重要突破：ST首次達成12kW電能持續輸出，且能效超過98%;在輸出電壓為50V時，功率密度更是突破2600W/in3。

英偉達為何選擇800V架構?

打破傳統非可持續模式

過去數十年間，數據中心普遍采用48V配電系統，15kW功率的機架足以滿足處理器、內存與外存的用電需求。但隨著人工智能技術興起與GPU應用市場爆發，這類場景需依托大型架構才能充分發揮并行運算優勢，如今系統架構工程師面臨著600kW至1MW大功率機架的設計挑戰。電能需求的激增，迫使行業尋求全新電源架構——以48V電壓輸出600kW功率為例，需承載高達12500A的電流。僅需試想處理該功率所需的電纜、母線與散熱器尺寸，便足以讓不少工程師卻步。

展望配電技術未來：800V成人工智能數據中心必備技術

要降低大功率輸出所需的電流，最直接的方案便是提高輸入電壓。電流降低不僅能大幅縮減電纜與母線尺寸，還可減少交流電網與機架直流配電之間的電力變換環節。事實上，英偉達曾提及，相較于當前的54V配電系統，升級至800V平臺可將能效提升最高5%。簡言之，在超大規模數據中心可持續性備受關注的當下，升級至800V架構是提升資源利用率、從技術層面滿足人工智能創新需求的最佳方法之一。

然而，設計理想配電系統仍面臨挑戰：需將800V高壓轉換為母線中壓，進而生成GPU核心電壓，同時要保證緊湊尺寸以適配服務器機架安裝。機架的標準尺寸對配電系統的體積限制極為嚴格，而元器件的緊密排布又會加劇電磁干擾與熱管理難題。因此，工程師需找到既能應對更高電壓，又能保持緊湊外形的解決方案。此外，800V平臺還需全新的電隔離與接地系統，安全保護機制及故障處理的復雜性也隨之大幅提升。基于此，英偉達向意法半導體尋求技術支持。

ST如何實現緊湊空間內的12kW功率集成，達成2600W/in3功率密度?

滿足帶電插拔要求

為應對800V機架的固有挑戰，同時滿足計算機系統的帶電插拔要求，意法半導體將解決方案分為兩部分：帶電插拔保護電路與電能功率轉換器。其中，帶電插拔保護電路采用意法半導體的1200V碳化硅(SiC)器件與電隔離型BCD(BIPOLAR-CMOS-DMOS)控制器。2021年，IEEE正式認可意法半導體為BCD系列硅半導體制造工藝的發明者。該工藝可整合模擬與數字元件，有效提升電源管理解決方案的效率與可靠性。與此同時，意法半導體在碳化硅器件領域擁有近30年研發經驗，是首家將該技術應用于電動汽車的廠商。長期的技術積累，為我們應對此次挑戰奠定了堅實基礎。

優化原邊設計

解決方案的第二部分是DC-DC轉換器，其功能是將整個機架的800V電壓轉換為單臺服務器所需的50V電壓。為在極小的機位空間內實現這一轉換，意法半導體在原邊采用650V氮化鎵(GaN)晶體管堆疊式半橋架構，搭配STGAP電隔離柵極驅動器。得益于3.4eV的寬帶隙和1,700cm2/Vs的電子遷移率使GaN具有獨特的特性，可以實現低輸出電容和較低的導通電阻，使其成為處理高頻應用的理想材料。

優化副邊設計

在副邊設計中，意法半導體采用100V低壓氮化鎵(GaN)晶體管、低壓柵極驅動器及STM32G4微控制器。這款微控制器的定時器分辨率低于200皮秒，能夠實現與轉換所需開關頻率相匹配的高性能控制。同時，STGAP器件的優異隔離能力可實現電源轉換器初級側與次級側的完全隔離，有效抵御電磁干擾(EMI)及其他可能影響緊湊型設計的異常情況。

變壓器拆分設計：兩組四單元架構

除精選元器件外，意法半導體還需應對嚴苛的空間限制，這意味著要縮減磁性元器件尺寸——尤其是10kV隔離設計已占用變壓器的部分預留空間。為減少變壓器磁芯用量，ST將傳統大尺寸全橋拓撲拆分為兩組架構，每組包含四個小型并聯整流全橋。這種拆分設計可降低進入磁芯的磁通量，分散耗散功率;同時，采用四個小型全橋后，可使用更小的鐵氧體磁芯，從而大幅縮減變壓器整體尺寸。

上述元器件與拓撲解決方案，凝聚了意法半導體多年的技術積累與經驗沉淀，正是這些專業能力讓我們的方案具備獨特優勢。許多廠商需從外部采購相關元器件，而意法半導體可提供自研整體解決方案，這對配電系統優化至關重要。此外，新的800V配電架構也凸顯了封裝小型化、寄生電感最小化與雙面散熱技術的重要性——若器件尺寸過大或封裝未經優化，根本無法實現如此緊湊的設計。而意法半導體始終致力于提供最小封裝器件，這也是我們成為英偉達重要合作伙伴的關鍵原因之一。

全局視角：適配多元需求，推動行業升級

當前，業界正積極探索更高效的超大規模人工智能基礎設施開發路徑，不同企業選擇了差異化技術方向。例如，部分企業正研發±400V系統。依托自身專業技術與產品組合，意法半導體可輕松復用現有電源轉換設計方案，滿足不同功率需求。事實上，我們可為所有尋求提升人工智能數據中心能效與可持續性的企業提供支持。

英偉達發布的測試公告及雙方的合作成果具有重要意義和深遠影響。目前，英偉達已批準ST的概念驗證板，下一步將推進電路板制造與測試工作。這一里程碑充分體現了合作對數據中心格局的變革作用，實現了數年前難以想象的能效提升。英偉達的800V高壓直流架構與意法半導體的配電板，共同標志著數據中心行業邁入新時代。