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PSU

更新 2026-10-23

定義

PSU(Power Supply Unit,電源供應器)是把市電 AC 或資料中心配電電壓轉換成伺服器、交換器、儲存設備與 rack 內部可用 DC 電壓的電力轉換模組。傳統伺服器多以 AC input PSU 輸出 12V;AI 伺服器功率密度上升後,架構逐步延伸到 48V / 54V bus、power shelf、BBU shelf、power rack、HVDC sidecar 與更高壓直流配電。

PSU 在 AI 資料中心不是單純外殼電源,而是連接資料中心配電、機櫃備援、板上 VRM 與散熱成本的核心環節。GPU rack 功率提升會同時推升 PSU 瓦數、效率、功率密度、半導體用量、電容 / 電感 / 繼電器規格與測試需求。

圖解

flowchart LR
    GRID[AC grid / UPS / data center power] --> PSU[PSU / Power Shelf]
    PSU --> BUS[12V / 48V / 54V DC bus]
    BUS --> BBU["[[技術_BBU備援電池|BBU shelf]]"]
    BUS --> BOARD[Server board]
    BOARD --> VR["[[技術_DrMOS|VRM / DrMOS]]"]
    VR --> GPU[GPU / CPU / ASIC]
    PSU --> CTRL[監控 / 保護 / 冗餘控制]
    HVDC["[[技術_固態變壓器SST|HVDC / sidecar / power rack]]"] -. architecture upgrade .-> PSU

圖說:PSU / power shelf 是 AI rack 電力進入伺服器板上電源前的第一層轉換與保護,往下接 VRM,往上接資料中心配電與備援系統。

架構類型

類型 說明 投資觀察
傳統 AC/DC PSU AC input,輸出 12V 或 48V 至伺服器 仍是主流出貨基礎,瓦數與效率規格升級
48V / 54V PSU 較高 bus voltage 降低電流與銅損 AI server / networking 逐步普及,高壓元件與 DC/DC 配套增加
Power shelf 多顆 PSU 模組組成 rack / shelf 層級電源 AI rack 總功率拉高後,系統整合與冗餘設計更重要
BBU shelf 整合 與備援電池模組搭配,支援短時間 bridge power 技術_BBU備援電池 與 PSU / power shelf 共同觀察
HVDC sidecar / power rack 將較高壓 DC 配電帶到 rack 旁或 rack 內 技術_固態變壓器SST、高壓繼電器、保護元件與測試設備受惠

各世代 PSU / 電源櫃規格演進(台達電,電源產業簡報 2026-07-03)

GB200 NVL72 GB300 NVL72 VR200 NVL144 Rubin Ultra NVL576(Kyber)
GPU 數量 72 72 144 576
Server Power 120–140kW 135–200kW 220–250+kW 600–1,000kW
設計容量/Rack 198kW 288kW 432kW 576–1,000+kW
PSU 規格 5.5kW ×48 8kW ×24 12kW ×36–48 30kW ×36
PSU ASP/顆 $800 $1,800 $2,500 $9,000
BBU 規格 5.5kW ×24 8kW ×24 12kW ×36 25kW ×36
BBU ASP/顆 $850 $1,240 $1,860 $3,875
超級電容 — — $8,000 $15,000
每櫃電源 content $59,040 $63,360 $156,960–186,960 →$240,000(Power Rack) $478,500 →$680,000(Power Rack)
  • 每瓦 ASP 持續走高(GS 供應鏈調查,假設台達 PSU GM 50%):5.5kW 世代 $120/kW → 12kW 世代 $173/kW;漲價主要來自功率元件(SiC/GaN)與被動元件(電解電容/陶瓷電容)漲價,台達以龍頭地位轉嫁成本。
  • Power Shelf 在 GB200 NVL72 以 6/8 層 in-rack 形式部署,將 LVAC 轉 48–54V DC 由 Busbar 配電;HVDC 架構下移到電源櫃,靠近負載再減壓、極大化 800VDC 傳輸距離,並以瞬態穩定器平滑 GPU 功率變動——Power Shelf 強度直接決定 AI Rack 運行上限。

功耗上升與 PSU 規格、市場規模(Morgan Stanley,2026-10-06)

MS 整合電源方案報告(報告_MS_整合電源方案IPS_20261006)的 PSU 脈絡:

  • 機櫃功耗:Hopper 約 40kW、GB200 NVL72 約 120kW、GB300 NVL72 約 140kW,Vera Rubin 約 200-300kW,現行 Vera Rubin 最高約 330kW;Rubin 單晶片 TDP 供應鏈查核約 1.8kW(效率導向)至約 2.3kW(效能模式),ASUS 液冷 Vera Rubin NVL72 標示 187kW Max Q/227kW Max P。更早世代:A100 SXM 400W,DGX A100 最大輸入 6.5kW;H100 SXM 700W,DGX H100/H200 10.2kW。
  • 網通:Tomahawk 1(2014,28nm、3.2Tbps)到 Tomahawk 6(2025,3nm、102.4Tbps),ASIC TDP 由 150W 升至 800W;代表性 PSU 由 Tomahawk 2 系統的 850W 增至 Tomahawk 6 系統的 3,200W,約 4 倍,Tomahawk 6 系統已擴至 4U、7+1 風扇冗餘。
  • PSU 配置演進:A100 與 H100/H200 為機箱內 6 顆 3.0-3.3kW PSU;GB200/GB300 起集中成 power shelf,一櫃 8 個 shelf、每個 shelf 內 6 顆 5.5kW PSU;Vera Rubin 的 PSU 升至 18.3kW、6 顆組成 110kW power shelf,占機櫃 3U(Blackwell 世代為 1U)。
  • 提高功率密度的方法:① SiC/GaN 取代矽,並使變壓器與電感縮小;② 更有效率的拓樸,如 bridgeless totem-pole PFC 取代含二極體橋的傳統 boost PFC;③ 平面磁件(planar magnetics)與多功能磁件合併;④ 熱管理(氣流、散熱器、均熱板、液冷);⑤ 高整合度與三維堆疊佈局;⑥ 以控制技巧縮小保持時間電容(Infineon 3.3kW 範例:10ms 保持時間的電容需求由約 2.5mF 降至約 900µF;12kW 設計以雙向 buck-boost 緩衝取得 20ms 保持時間);⑦ 機構最佳化。效率提升有雙重效益:5.5kW PSU 由 96.5% 提到 97.5%,發熱約少 30%。
  • 市場規模:MS 估全球資料中心電源供應市場由 2025 年 US$6bn 成長至 2028 年 US$33bn(三年 CAGR 75%),動能來自伺服器出貨成長、單櫃功耗上升與 2027 年起 HVDC power rack。
  • 規格口徑差異:台達電 2026-07-03 簡報表列 VR200 為 12kW PSU×36-48;MS 與光寶口徑為 Vera Rubin 18.3kW PSU 組成 110kW power shelf。兩者為不同時點與平台口徑,以後續客戶實際出貨規格為準。

50VDC 線與 800VDC 電源架規格(OCP 2026-10)

PSU 單顆功率三口徑並列

台達電×NVIDIA 簡報(2026-10-15):50VDC 線 HPR 33kW shelf(5.5kW PSU)→HPR2 72kW(12kW PSU)→3PH 74kW(18.5kW)→VR200 110kW(18.5kW/54V),VR200 110kW 在其 2027 欄;光寶頁與 MS 寫 18.3kW、110kW shelf 3Q26 量產出貨。判讀:12kW 為 ORv3 HPR2(50V、72kW shelf),台達電×AE 字幕確認 HPR2 12kW 已量產;18.3/18.5kW 為 VR200 110kW shelf(6×18.3=110),差異可能是額定與標稱;2027 欄疑指放量而首批出貨可更早(推論,待查)。Siemens 簡報亦寫 18.3kW。

多電源架共用:聚合 vs 串接架構

Microsoft 在 OCP 2026 把機櫃內多個電源架(power shelf)的供電拓撲分成三種:獨立(各架自供,隔離簡單、共用有限)、聚合(單一 ±400VDC 機櫃母排讓全櫃共用電力池,利用率最高但故障域最大、需要機櫃級協調與快速保護)、串接/分區(Zone 1–3,各架先供本地 IT,剩餘功率經 HVDC 連結傳給下游,故障域較小、擴充性佳,但可能有閒置容量、利用率與效率略低)。(報告_OCP2026_Microsoft_電源架聚合與串接架構_20261015,2026-10;Microsoft 工程簡報,為設計取捨框架,未給客戶、時程或出貨數字)

報告_OCP2026_Microsoft_電源架聚合與串接架構_20261015_p5

圖說:聚合(單一 ±400VDC 機櫃母排)與串接(Zone 1/Zone 2 逐級 ±400VDC)兩種架構逐項比較,涵蓋電力共用、容量利用、故障圍堵、隔離維修、控制複雜度、效率、擴充性與優缺點(Microsoft 簡報,OCP 2026,2026-10)。

  • 可用容量不等於裝機容量:銘牌功率扣掉冗餘、降額、限值與保留後才是可用容量;共用母排不代表無限共用,單一電源架可能先到上限而全櫃仍有餘裕。
  • 階層式協調:機櫃電源協調器負責政策、配置、備用容量與故障恢復;每個電源架的控制器做快速迴路保護;遙測上行、功率預算下行。原則是「機櫃軟體協調持續性容量,本地硬體保護快速電氣極限」,因為 GPU 相關負載階躍可在毫秒內吃掉備用容量。
報告_OCP2026_Microsoft_電源架聚合與串接架構_20261015_p6

圖說:階層式機櫃電源協調——機櫃電源協調器(政策、配置、備用容量管理、故障恢復)下接四個電源架控制器(快速迴路保護、動態政策執行);每架為 AC→PSU→±400VDC 匯流排→DC-DC→50VDC 區→GPU,遙測上行、受限預算(功率、優先序、斜率、期限)下行,架間連結為選配(Microsoft 簡報,OCP 2026,2026-10)。

  • 依工況回應:正常=監控與最佳化;受限=限功率(cap);快速偏移=本地硬體降頻;鏈路劣化=保守退守;故障=圍堵。
  • 故障圍堵與復原:先在本地偵測並隔離最小安全域→確認電壓/電流/溫度穩定→重新建模存活容量並重設預算→驗證路徑與容量後才逐步重連。簡報另列安全不變式:電源架本地保護與負載控制,在遙測過期或協調器失聯時永遠優先於機櫃指令(p6 圖)。
  • 四項機櫃 KPI:可用容量(可安全輸送功率÷裝機容量)、暫態響應(保護限制快速事件的時間,ms)、故障影響(受影響托盤/電源架/區數)、復原時間(秒/分);驗證情境涵蓋穩態、GPU 負載階躍、功率上限變更、鏈路遺失/故障與受控復原。
  • 標準化訴求:以機櫃為設計單位,透過 OCP 統一術語與指標、遙測與控制介面、運行狀態、故障與恢復語意。與 技術_資料中心電網併網與負載穿越 的機櫃內濾波、功率平滑屬同一主題的不同層級。

關鍵規格 / 判斷指標

指標 意義 觀察重點
額定功率 單顆 PSU 可供應瓦數 AI PSU 從 5.5kW、12kW 往更高瓦數演進
效率 AC/DC 或 DC/DC 轉換損耗 影響資料中心 PUE、散熱與營運電費
功率密度 每體積 / 每機架可供應功率 rack TDP 上升後,PSU 體積與散熱設計成瓶頸
輸出電壓 12V、48V、54V、HVDC 等 電壓越高,電流與銅損下降,但元件耐壓與安全要求提高
冗餘 / 熱插拔 N+1、N+N、hot-swap 影響資料中心可用性與維修性
hold-up time / bridge power 電源中斷時維持輸出的能力 與 BBU、超電容、UPS / power rack 架構搭配
安規 / EMI 安全、電磁相容、可靠度 高功率 AI PSU 對認證與測試要求提高

核心 BOM

類別 元件 相關頁面 / 公司
功率半導體 MOSFET、SiC / GaN、二極體、整流與 PFC 元件 技術_MOSFET、技術_碳化矽SiC、技術_IGBT
控制 IC PFC controller、LLC controller、PWM controller、monitor / protection IC 技術_PMIC、技術_DrMOS
被動元件 鋁電解、聚合物鋁、MLCC、功率電感、變壓器 技術_鋁電解電容、技術_聚合物鋁電容、技術_TLVR電感
保護 / 切換 繼電器、保險絲、TVS、eFuse、hot swap 技術_TVS保護元件、7788_松川精密(市)
散熱 / 機構 風扇、散熱片、均熱與高效率 airflow 技術_液冷、技術_均熱片
測試設備 電源測試、老化、負載模擬 2360_致茂(市)
報告_電源供應與管理產業_20260703_046

圖說:AC-DC PSU BOM 成本拆解(5.5kW vs 12kW 兩規格)——功率半導體占比最高(45% vs 52%),電容 12%/15%,磁性元件 9%/9%。

技術瓶頸 / 風險

  • 高功率密度與散熱:瓦數上升會推高損耗熱,PSU 本身的效率與散熱設計直接影響 rack 可用功率。
  • 高壓化可靠度:48V / 54V、HVDC sidecar 或 800V 相關架構會提高耐壓、絕緣、滅弧與安規難度。
  • 客戶集中與認證:AI PSU 進入 CSP / GPU 平台供應鏈需要長時間驗證,量產節奏受平台切換影響。
  • 架構變動:native 800VDC、power rack、SST、BBU shelf 的採用時點可能變動,需避免把長期架構升級直接等同短期營收。
  • BOM 成本波動:功率半導體、磁性元件、鋁電解 / polymer 電容、繼電器與測試產能都可能成為成本或供應限制。

關鍵廠商

環節 廠商 角色
AI PSU / power shelf / HVDC 2308_台達電(市) AI 資料中心電源與散熱核心供應商,庫內公司頁已收錄 AI PSU、power shelf、HVDC power rack 觀察
PSU / power shelf / BBU 2301_光寶科(市) AI data center 電源配套、110kW power shelf 與 BBU 擴產觀察
電源供應器 3015_全漢(市)、6282_康舒(市)、6412_群電(市) server / adapter / 電源供應鏈觀察公司;全漢偏 CRPS / M-CRPS 與 PC / IPC / 工控電源基本盤
UPS / 高功率電源 6409_旭隼(市) UPS、逆變器與 AI data center 電源原型機觀察
測試設備 2360_致茂(市) PSU / BBU / HVDC power rack 測試需求受惠
保護與切換 7788_松川精密(市) PSU、BBU、UPS、HVDC 相關繼電器與保護元件

投資判讀

  • AI PSU 受惠不只來自瓦數增加,也來自 ASP / watt 上升:更高效率、更高功率密度、更高耐壓與更複雜的保護 / 監控會拉高 BOM。
  • PSU 是 power rack、BBU、HVDC sidecar 與板上 VRM 的交會點。若只看單顆 PSU 出貨量,容易低估 power shelf / rack-level power 的系統價值。
  • 對台股而言,主線是 2308_台達電(市)、2301_光寶科(市) 等系統電源廠;二階受惠包含測試設備、電容、電感、繼電器、功率半導體與連接器。

相關技術

來源

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