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技术声音|艾特网能浅析算力机柜供配电架构演进

  1. 传统供配电瓶颈

大家知道,通算数据中心机柜采用交流分散架构,服务器搭载内置PSU电源,单机功率从几kW到十几kW很常见,服务器多一点的机柜,20~30kW单机柜功率已经是较高负载场景。但AI服务器上来以后,功率快速增大,以下图基于HGX H100平台的8卡服务器为例,按单颗H100SXM GPU约700W 计算,8颗GPU本体功耗合计约5.6kW,整机最大功耗大约10.2kW;如果一个机柜放4台这样的服务器,整柜功耗达到约41kW。到了B200/B300时代,8卡服务器已经接近14.3kW,一个机柜如果继续放4台8卡服务器,整柜功率会进一步上升到接近60kW。

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这个阶段虽然功率已经很高,但它还是比较传统的服务器供电方式,这个时候需要高规格三相rPDU,此时末端供电链路也会根据不同服务器供电逻辑出现不同差异。

单机柜功耗超过100kW后,传统分散式交流供电方案会暴露出明显短板:机柜进线电流显著增大,rPDU电流接近200A,线缆和接插件需要选择更高载流能力规格;其次,服务器内置电源占用算力托盘空间,很难做到均衡冗余供电,加上网线、光纤、液冷管路、电源线以及运维空间互相挤占,机柜内部物理空间紧张,无法实现高密度GPU部署,该方案工程上不可行。

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2.NV GB系列架构变化

英伟达GB200、GB300整机柜功耗达120~192kW,设备延续成熟 Oberon机柜架构体系,通过将供电单元与算力服务器解耦,采用外置Power Shelf集中供电方案,并集成液冷、供电一体化盲插接口,整机采用竖向分层结构设计,详细布局参见下图:

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其供电路径如下:

(1)输入来源分两路,可为380/415V 三相高压交流电,或经机房整流柜转换后的800V高压直流;电力送入机柜内置Power Shelf电源架,统一将800V DC或415V AC转换为机柜主干48/54V直流电压。

(2)Power Shelf输出对接机柜背部垂直大电流铜/铝Busbar,48/54V作为整机柜贯通式直流主干,满载工作电流最高可达2500A,覆盖机柜全部算力槽位。

(3)48/54V母线同步向所有计算托盘并行供电。

(4)各计算托盘通过盲插硬压接Busbar完成取电。

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3.Power Shelf局限性

上述电源与计算单元分离的Power Shelf供电架构,可适配GB200/GB300 NVL72、Rubin NVL72、Rubin NVL144等单机柜功率200kW级别的算力设备。但当单机柜功率进一步提升至0.5~1MW兆瓦级时,整机柜54V低压长距离主干供电方案会暴露出两大突出短板:铜导体耗材量大、供电单元占用机柜空间过高。

因此,该架构仍为过渡方案。在兆瓦级超高密度部署下,54V 整机主干供电的缺陷会被急剧放大:整机柜满载1MW工况下,54V母线工作电流可达18500A;配套供电架需占用64U机柜高度,远超常规44U、48U标准算力机架的可用安装空间;同时电源至计算托盘之间的铜排总重量可达200kg,大幅挤占GPU算力部署空间,机柜算力密度严重受限。

4.Kyber机架供电架构重构

为突破上述性能瓶颈,适配Rubin Ultra NVL576超高密整机柜的Kyber 架构完成供电体系全面革新:整机采用垂直刀片盲插正交中背板布局,供电系统升级为800VDC高压直流架构,供电模块与液冷换热单元统一集成至独立Sidecar侧柜。

完整高压供电路径:10~35kV中压市电→固态变压器SST直接整流→机房800V直流母线→ Kyber配套外置Sidecar电源柜(内置隔离DC/DC模块)→机架级800V高压母线送入机柜正交中背板;背板800V母线→单计算刀片内置隔离DC/DC →刀片内部短距54V中间母线→12V供电→ GPU核心。

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5.写在最后

H100时代,每个机架40kW;Blackwell时代,120kW;2027年Rubin Ultra Kyber机架,600kW到1MW。几年时间内,单机架功耗增长了20多倍。

自Rubin Ultra NVL576起,600kW超高功耗整机柜已无法复用GB300 NVL72“ 415V交流+机柜内置长距离54V铜排主干” 架构,将采用800V高压直流(HVDC)直供+机架侧车(Sidecar)分布式供电架构,AI 超高密整机柜也将正式迈入全液冷+机房800VDC时代。

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*部分配图源自网络,侵权请联系删除。(作者:大成师兄)

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