天风证券研报称，在人工智能的推动下，数据中心的功率需求预计持续高速增长。要进一步提高计算性能，同时降低总体拥有成本（TCO），不断提高从电网到核心的功率转换效率和功率密度至关重要。多重压力下，VPD（垂直供电）以更短供电路径、更低PDN阻抗、更优瞬态响应、更省板上空间，成为支撑高算力、高集成度AI芯片的关键支撑。看好AI时代下供电系统变革带来的投资机会。
全文如下AI电力深度研究 | AI能耗高速增长引发电源架构重要变革
在人工智能的推动下，数据中心的功率需求预计持续高速增长。要进一步提高计算性能，同时降低总体拥有成本（TCO），不断提高从电网到核心的功率转换效率和功率密度至关重要。多重压力下，VPD以更短供电路径、更低PDN阻抗、更优瞬态响应、更省板上空间，成为支撑高算力、高集成度AI芯片的关键支撑。我们看好AI时代下供电系统变革带来的投资机会。
人工智能数据中心电力消耗快速增长，电源系统亟需改进
在云计算和人工智能热潮的推动下，市场对数据中心的需求空前高涨，根据Precedence Research的统计与预测，伴随着国内外互联网巨头及云厂加大资本开支投入，AIDC（AI数据中心）建设的提速，全球数据中心IT侧新增装机功率预计将从2024年的10.5GW激增至2030年的40.3GW。但电力供应正成为最大的制约因素：人工智能数据中心的能源消耗速度大约是电网新增电力速度的四倍，这为发电地点、人工智能数据中心建设地点，以及更高效的系统、芯片和软件架构的根本性转变奠定了基础。
图：2014年至2028年服务器存储、网络设备和基础设施的总发电量与消耗量（预估）
资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室报告，Techsugar公众号，天风证券研究所
800V高压直流是未来智算中心供电的重要趋势
在智算业务高密度、高容量、高波动、高效率需求下，传统供电系统已现瓶颈。高压直流（HVDC）因稳定、高效、可靠和高带载能力获行业青睐。随着IT机柜功率密度的提升，数据中心供电电压提升成为行业发展趋势，DC800V或+400V输出的HVDC和直流不间断电源作为两种可选方案将会被市场所接受。SST电源系统可视为10kV交流输入的直流不间断电源系统的进阶版，其系统链路更短，效率更高，体积更小，重量更轻，控制更方便，并具有很大的成本下降潜力，在保留直流不间断电源系统优势的前提下，弥补了它的不足。SST电源代表了当前数据中心直流供电系统的主要发展方向。
图：机柜功率与供电电压的匹配关系
资料来源：《数据中心800V直流供电技术白皮书（2.0）》，服务器电源拆解公众号，天风证券研究所
VPD（垂直供电技术）前景广阔
在人工智能的推动下，数据中心的功率需求预计持续高速增长。要进一步提高计算性能，同时降低总体拥有成本（TCO），不断提高从电网到核心的功率转换效率和功率密度至关重要。多重压力下，VPD成为支撑高算力、高集成度AI芯片的关键支撑。我们看好AI时代下供电系统变革带来的投资机会。
垂直供电架构（VPD）很容易理解，即通过穿透PCB层垂直向上输送电力，直接给上方的处理器供电，从而有效缩短了从VRM到SoC的电力传输距离。实现这一目标的核心手段之一，是将POL直接放置在PCB背面、处理器正下方，以此缩短次级供电轨的长度。
相较于传统横向供电，垂直供电（VPD）具备多重关键优势：
电阻损耗更低：更短、更直接的供电路径天然降低了电阻，有效减少I²R损耗，在减少额外发热的同时，为处理器输送更多有效功率；
瞬态响应更好：更少的路径断点与更短的供电回路，让VPD实现更快的瞬态响应，这对电流需求剧烈波动的现代处理器至关重要；
信号完整性更好：将高频开关组件移至主板背面，并在PCB中集成屏蔽层，可隔离敏感信号层与供电噪声；同时保留顶层更多连续铜箔，提升高速信号性能与电磁兼容性（EMC），这在高密度服务器环境与共封装光互连场景中尤为关键；
空间优化：释放主板正面空间，使设计人员能在处理器周边集成更多内存、光模块与系统级功能，在不增加板卡面积的前提下，实现更高内存带宽、更多处理资源与扩展系统特性；
可扩展性：VPD通过减少长距离的当前路由来提升可扩展性；
更好释放处理器性能：降低PDN阻抗、提升瞬态响应，可直接满足AI核心对小于1V 的严苛电压容差要求，更快的调节速度意味着更稳定的运行、更少的电压跌落与降额，从而释放处理器的全部性能。
虽然VPD前景广阔，但会带来更多工程难题，整个供电模块都需要重新设计，这些问题主要包括：
散热压力：高性能计算的电流密度已达3~4 A/mm²，在处理器下方的狭小空间内实现这一功率水平，需要高度集成的多层模块设计，结合先进磁芯、平面电感技术与优化的开关拓扑；
高度限制：VPD模块位于PCB与系统机箱之间，z轴高度通常被限制在2mm以内；
热隔离问题：传统设计中，处理器与调节器共享正面散热系统，而VPD将调节器置于主板背面，与系统散热器和气流形成热隔离。要在保持高电流吞吐的同时应对这一问题，需要创新的封装设计、均热材料，甚至局部主动散热方案；
热区重叠：供电模块与处理器的x-y平面footprint重叠，使两个热源集中在同一区域，加剧了散热挑战，增加了性能下降或故障风险。
行业正通过先进封装、超薄磁性材料与热界面技术创新，推动VPD规模化落地。
风险提示：人工智能发展不及预期；市场竞争加剧的风险；新技术发展不及预期；国际贸易摩擦的风险；报告中提及的“相关标的”仅为对相关公司的罗列，不构成任何投资建议。
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