AI 供电的未来 重新定义 AI 数据中心供电 Gerald Deboy 博士，英飞凌科技股份公司 PSS 创新实验室院士 Fanny Björk 博士，英飞凌科技股份公司数据中心配电主管 www.infineon.com/wepowerai 2 目录 Adam White 寄语 3 引言 4 一、现代处理器的供电 5 预测一：垂直供电将成为现代处理器的关键技术 5 预测二：服务器主板将采用高压直流供电架构 7 二、AI 服务器机架的供电 12 预测三：AI 服务器机架的功耗将超过 1 兆瓦 12 预测四：AI 的能耗需求将推动电源架的功率等级突破 100 千瓦 13 三、数据中心的整体供电 16 预测五：新一代数据中心的功率需求将迈向吉瓦级规模 16 预测六：配电将从交流系统转向直流微电网 17 预测七：可再生能源将成为满足 已深深融入我们的生活，它势不可挡，正不断拓展 自身的应用和影响范围。英飞凌始终坚持创新，因为 我们深知保持这一创新势头的重要性。当前，业界已 推出许多优秀的解决方案，充分展现了在应对 AI 系统 供电挑战方面的技术实力。然而，前行的征途不能止 步于此，展望未来，我们仍需面对众多技术挑战，同 时还需要持续提升能效与性能。我们还必须确保为 AI 数据中心提供清洁、可靠的电力。毕竟，没有电力，

厂各类工作的 优化作用。事实证明，通过引入虚拟储能技术，可以有效提高能源利用率和电能质量，未来相关产业技术势必 还会迎来更广泛的应用和研究。 关键词：虚拟储能技术；电厂；可再生能源；电能质量；供电可靠性 doi： 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1021 中图分类号：TM 912 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2024）11-4059-03 学 与 技 术 电质量，从而缓解上述问题，降低可再生能源供电 技术开发压力。本文旨在探讨虚拟储能技术在电厂 中的应用，以期为电厂的能源管理和运行优化提供 参考 [1]。 1 虚拟储能技术理论研究综述 1.1 虚拟储能技术概论 虚拟储能技术可以有效及时地转移各类电源， 通过不同的能量状态变化，有效调节供电路径，从 而平衡不同供电用电装置的调度，最后达到提高供 电系统可靠性，改善电厂经济效益的目的。虚拟储 虚拟储能技术对电厂建设的作用 虚拟储能技术作为一种新型的能量管理技术， 在电厂的能源管理和运行优化中具有广泛的应用 前景。 2.1 提高可再生能源利用率改善电能质量 可再生能源的波动性一直是电厂供电管理的重 要问题。虚拟储能技术可以通过优化调度策略，将 可再生能源的出力与电网需求进行匹配，有效减少 可再生能源的弃电率，提高可再生能源的利用率。 例如，在风力发电和光伏发电等可再生能源发电出

以大模型训练与推理为代表的人工智能技术革命，正在推动 数据中心形态和基础设施需求发生结构性变革。与传统互联 网服务相比，人工智能算力任务在计算密度、持续运行时间 和电力消耗等方面均呈现数量级提升，这对数据中心的供电 系统、散热方案和整体能效提出了全新要求。 为优化全国算力资源布局，中国政府实施了“东数西算”国家 战略工程，规划建设了八大算力网络枢纽节点（京津冀、长 三角、粤港澳大湾区、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏）。 时间，实现 与土建工程的并行作业，从而显著压缩整体工期，同时调试 流程也得以简化和加速。 因此，算力基础设施的升级不仅依赖于更强的电源能力，更 需要空间 - 电力 - 散热管理的一体化设计，推动供电设备向 小型化、高能效、模块化方向发展，以适应高密度智算中心 的发展需求。 在中国碳达峰、碳中和的“双碳”目标约束下，电力来源的低 碳化和稳定性正成为新的挑战。 一方面，数据中心长期处于高负载运行状态，对电力稳定性 目 试点仍处于起步阶段。据预测，到 2030 年中国数据中心的 绿电消费需求将达到 360TWh，但当前可获得的绿电资源远 不能满足快速增长的算力需求。 此外，由于绿电固有的波动性特征，要实现稳定供电，就要 求负荷侧必须部署大规模电池储能系统来承担削峰填谷、稳 定电压和应急保障等功能，这将进一步增加整体系统的复 杂性。 有限的安装和交付时间 稳定的低碳能源供给不足 面向未来的中国数据中心：绿色低碳与高可靠性

安全设备 网络交换机 UPS 制冷系统 服务器 共享存储空间 AI 算力单元 物联网平台 AI 云平台 智慧工地驾驶舱 应用管理 应用订购 计费结算 租户与权限管理 应用集成管理 运输安装问题 供电问题 联动问题  不同应用对于部署位置、环境 都有不同的要求  复杂应用场景需要分类运输和 安装，建设  目前多数应用耗电量大，自然 能源无法满足设备 24 小时供 电需要，同时出现停电后也没 大件物品挂 载背负一体 运输 收纳整柜运输 推着就可走 展开工作 基于站址式供电模式 备电安全保障 机内及杆体直流供电 多种直流供电系统 48V,24V,12V ( 各 150W) 机内及杆体交流供电 220V （ 8 路 16A ，及 PDU 供 电） 基于柜体电设备 实行智能化供电 一路交流接入 基于站址式数据采集及传输 485 总线 有线传输 基 于 站

的性能要求以及电子信息设备供电电源质量要求，同时遵照《供配电系统设计规 XX 大数据指挥中心建设项目设计方案 81 范》GB50052 中的相关规定。 （1）A 级数据中心的基础设施宜按容错系统配置，在电子信息系统运行期间， 基础设施应在一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系 统正常运行。 （2）A 级数据中心同时满足下列要求时，电子信息设备的供电可采用不间断 电源系统和市电电源系统相结合的供电方式。 电源系统和市电电源系统相结合的供电方式。 ① 设备或线路维护时，应保证电子信息设备正常运行； ② 市电直接供电的电源质量应满足电子信息设备正常运行的要求； ③ 市电接入处的功率因数应符合当地供电部门的要求； ④ 柴油发电机系统应能够承受容性负载的影响； ⑤ 向公用电网注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过现行国家标准《电 能质量公用电网谐波》GB/T14549 规定的谐波电流允许值。 （3 下，应保证电子信息系统运行不中断。 （6）电子信息设备交流供电电源质量要求：稳态电压偏移范围+7%～-10%； 稳态频率偏移范围 50Hz±0.5Hz；输入电压波形失真度≤5%；允许断电持续时间 为 0～10ms。 4.1.5.4.3 供配电系统架构设计 数据中心供配电按 C 级数据中心进行设计，前端供电系统经市电给 1 台模块 XX 大数据指挥中心建设项目设计方案 82 化 UPS 供电，模块化 UPS 为 IT

• 支持 ROI ， SMART H.264/H.265 ，灵活编码，适用不同带宽和存储环境 • 支持网络断开， IP 冲突，移动检测，视频遮挡，场景变更，电压检测 • 支持 DC12V/POE 供电方式 • 支持 IP67 防护等级 [ 音频海螺摄像机 ] DH-IPC-HDW4433C-A 400 万高清 音频海螺 外观精美 产品特点 • 采用高性能 400 万 1/2.7 英寸 支持多种异常检测，网络断开， IP 冲突，非法访问，电压异常报警 • 支持多种智能功能，区域入侵，绊线入侵，物品遗留，物品搬移，场景变更，人脸检测， 人员聚集，徘徊检测，快速移动，停车检测 • 支持 DC12V/POE 供电方式，宽压设计 • 支持内置 MIC • 支持 IP67 防护等级，防浪涌，防静电，防雷设计 [ 双目半球摄像机 ] DH-IPC-HDBW4233X-AS-E2 双目半球 智能分析 夜间红外 徊检测，人员聚集，快速 移动，停车检测，音频异常侦测，人脸检测，外部报警 • 支持报警 2 进 2 出，音频 1 进 1 出， 128G SD 卡，内置 MIC • 支持 DC12V/POE 供电方式 , 方便工程安装 • 支持 IP67 ， IK10 防护等级 [ 星光筒型摄像机 ] DH-IPC-HFW4433M-I2 400 万高清 星光照度 智能分析 产品特点 • 采用高性能

 支持 ROI，SMART H.264/H.265，灵活编码，适用不同带宽和 存储环境  支持网络断开，IP 冲突，移动检测，视频遮挡，场景变更， 电压检测  支持 DC12V/POE 供电方式  支持 IP67 防护等级  工作温度：-40 ℃~+60 ℃  工作湿度：≤95% 4.2、 双目半球摄像机 产品型号：DH-IPC-HDBW4233X-AS-E2  采用高性能两百万像素 徘徊检测，人员聚集，快速移动，停车检测，音频异常侦测，人脸 检测，外部报警  支持报警 2 进 2 出，音频 1 进 1 出，128G SD 卡，内置 MIC  支持 DC12V/POE 供电方式,方便工程安装  支持 IP67，IK10 防护等级 19  工作温度：-40 ℃~+60 ℃  工作湿度：≤95% 4.3、 音频海螺半球摄像机 产品型号：DH-IPC-HDW4433C-A 冲突，非法访问，电压异 常报警  支持多种智能功能，区域入侵，绊线入侵，物品遗留，物品 搬移，场景变更，人脸检测，人员聚集，徘徊检测，快速移动，停 车检测  支持 DC12V/POE 供电方式，宽压设计  支持内置 MIC  支持 IP67 防护等级，防浪涌，防静电，防雷设计  工作温度：-40 ℃~+60 ℃  工作湿度：≤95% 21 4.4、 星光红外枪机

电力，制定了到2030年实现全民 电气化的目标。 作为全球电气化程度最低的地区，东非也制定了电气化的长期规划。肯尼亚政府发布了肯 尼亚国家电气化战略（KNES），提出了到2022年为全体人民提供电力的目标。 在构建清洁低碳、安全高效的能源体系的背景下，加之数字化、自动化和机器人等技术的发展， 在能源消费环节，用电力替代化石能源成为能源革命的需要。从2018年到2050年，全球电力需 求 地管理相关风险。例如，印度 塔塔集团通过使用基于人工智能的收入信息技术检测整个电力网络系统的窃电情况。 1.3.3 电力数据的竞争动态 对电力企业来说，数据的战略价值越来越大。如何发电、输电和供电已经不再是电力公司的核心 能力，电力公司必须努力提升自身能力，从手中掌握的数据中创造价值。 电网的现代化和数字化迫在眉睫。而这一过程也会产生海量的数据。对企业来说，加大对数字化 转型投资，建设 量和员工满意度，企业整体绩效实现大幅提升。 08 打造面向未来的电力企业 数字化转型的成功之路 电力企业面临的压力将大大改变其业务形态，在应对变革的同时继续提供安全、可靠、高效的电力供应和电网运营，保 障供电持续稳定。 2.1 环境趋向复杂，保障可靠运行及规模化发展 电力企业的运行环境和市场环境日趋复杂。现有的系统和流程逐渐难以支撑为用户按需提供可靠、弹性和安全的电力 供应。 2.1.1 可靠性和韧性是对电网的最基础要求

江苏电力供应用电晚高峰期可能存在的 1750 万千瓦左右的供电缺口；春秋季节及节假日 等时段新能源消纳尤其困难，填谷需求预计将大于削峰需求。 2.3 面临的挑战与机遇 2.3.1 挑战 （1）资源潜力挖掘与聚合难度大。由于需求侧有着大量分散、规模小、个性化的资源， 存在个体障碍、时段局限、功率变化等不确定性因素，精准调控难度远高于供电侧。需求 侧资源利用的支撑体系如运行控制、优化调度和协同规划等技术水平有待提升。 400 万千瓦的双向灵活调节潜力。 3.1.5 5G 基站 5G 基站通常配有储能设备。正常工作情况下，蓄电池组处于备电状态。通过技术改 造和平台对接，在用电高峰时期，通信设备可适时切换至由电池组供电，快速参与削峰需 求响应。据测算，单个 5G 基站的可调节负荷为 1-5 千瓦。根据南京地区聚集 5G 基站集 群参与负荷需求响应的实践，单个 5G 基站可调节负荷以 2 千瓦计算。2024 年江苏累计 管理方案，综合运用节约用电、集中检修、需求响应、负荷普降、轮休、调休、有序用电 等基本负荷管控措施。江苏负控终端已实现 50 千伏安以上容量客户的全覆盖，有力支撑 了各类负控管理措施的实施，有效应对了江苏电网可能出现的供电矛盾和突发情况。 4.2.1.2 数智化赋能发展路径 过去，需求侧管理工作的开展具有行政和计划色彩，在需求侧资源的监测、评估、调 用等方面存在很多不足，需求侧资源的作用和潜力处于沉睡状态。随着数智化技术的发展