随着人工智能（AI）和高性能计算（HPC）技术的飞速发展，数据中心和服务器群面临着前所未有的电力需求挑战，AI服务器需要稳定、高效且高密度的电源供应，以满足其持续增加的计算需求，机架式AI服务器电源作为这一领域的重要组成部分，其技术性能和可靠性直接影响到整个系统的运行效率和稳定性，本文将深入探讨机架式AI服务器电源的关键技术和应用，包括其架构设计、功率密度的提升、能效优化以及在实际中的应用案例。

机架式AI服务器电源的基本架构

机架式AI服务器电源的基本架构通常包括三个主要部分：不间断电源（UPS）、交流/直流（AC/DC）转换器和直流/直流（DC/DC）转换器。

1.1 不间断电源（UPS）

UPS是机架式AI服务器电源系统的第一层保障，当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给服务器负载，同时向电池充电；当市电中断时，UPS立即将电池直流电能通过逆变器切换转换的方法继续向负载供应电能，确保服务器能够正常工作，这种设计可以保护服务器等硬件设备不受电网波动影响，保证软硬件完整并延长其使用寿命。

1.2 交流/直流（AC/DC）转换器

AC/DC转换器负责将电网中的交流电转换为适合服务器使用的直流电，这个过程通常包括整流和降压两个步骤，整流是将交流电转换为脉动直流电，而降压则是将电压从高压降至适合服务器使用的低压，台达推出的最新ORV3 18kW机架式电源，符合开放运算计划组织（OCP）所推出的第三代开放式机柜规范，适用于高1U、宽21英嫉幕柜，其能源转换效率最高可达97.5%。

1.3 直流/直流（DC/DC）转换器

DC/DC转换器进一步将AC/DC转换器输出的直流电压转换为芯片组所需的更低电压，这包括12V、5V、3.3V和0.8V等多种电压等级，由于现代AI服务器对电流的需求非常高，DC/DC转换器的设计必须尽可能减少板路损耗，以提供更高的供电效率。

功率密度与能效优化

随着AI技术的发展，AI服务器对电源的功率和功率密度提出了更高的要求，传统的服务器电源功率密度大多不到50W/in³，而AI服务器电源的功率密度则需要达到100W/in³以上。

2.1 提高功率密度的方法

为了在有限的空间内实现高功率输出，AI服务器电源需要在材料选择、拓扑结构和元器件集成度上进行优化，使用更高效的半导体材料和先进的封装技术，可以提高单位体积内的功率输出，通过改进电源的散热设计，可以进一步提升电源的功率密度。

2.2 能效优化的重要性

能效是衡量AI服务器电源性能的关键指标之一，高能效不仅意味着更低的能耗和运行成本，还意味着更少的热量产生和更长的设备寿命，台达的ORV3 18kW机架式电源采用了高效率的电源模块和先进的热管理系统，能够在满负荷运行时保持高达97.5%的能源转换效率。

实际应用案例

3.1 NVIDIA H100服务器机架

NVIDIA H100是一款面向AI和高性能计算的GPU，其功耗约为10.2kW，为了满足这一高功耗需求，H100服务器机架需要配备19.8kW的电源模块，这种高功率需求的电源设计不仅要求高能效，还需要具备良好的散热和热插拔功能，以确保电源在高负载下的稳定运行。

3.2 NVL72机架

NVL72是一款专为AI训练设计的高性能GPU，其功耗约为120kW，相应的服务器机架需要配备198kW的电源模块，这种超高功率的电源设计对电源架构提出了极高的要求，需要在保证能效的同时，提供足够的冗余和故障容忍能力。

未来展望

随着AI技术的不断进步，AI服务器对电源的需求将继续增长，预计到2024年和2025年，全球AI服务器电源的市场规模将分别达到10.2GW和11.8GW，为了满足这一需求，未来的AI服务器电源将在以下几个方面进行改进：

更高的功率密度：通过材料科学和制造工艺的进步，进一步提高电源的功率密度。

更高的能效：采用更高效的电力转换技术和智能控制系统，提升电源的整体能效。

更强的散热能力：开发更先进的散热技术，如液冷和相变冷却，以应对高功率带来的散热挑战。

更智能的管理功能：集成更多的传感器和智能控制算法，实现对电源状态的实时监控和管理。

机架式AI服务器电源作为数据中心和高性能计算系统的核心组件，其技术性能和可靠性对整个系统的运行至关重要，通过不断的技术创新和优化，未来的AI服务器电源将在功率密度、能效和散热能力等方面取得更大的突破，为AI技术的发展提供坚实的基础支持。