【導讀】隨著人工智能進入大模型時代，算力需求正以前所未有的速度增長。從ChatGPT、生成式AI到智能駕駛和數(shù)字孿生，越來越多AI應用持續(xù)推動GPU性能提升，也讓數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)迎來了近二十年來最大的一次技術變革。
行業(yè)普遍認為，傳統(tǒng)12V、48V供電架構已經(jīng)難以滿足新一代AI服務器對于高功率、高密度及快速動態(tài)響應的要求，800V高壓直流（HVDC）正在成為未來AI數(shù)據(jù)中心的重要發(fā)展方向。與此同時，從SiC/GaN寬禁帶器件到Power Shelf、Power Rack乃至MW級供電系統(tǒng)，研發(fā)測試對象和驗證方法也在同步發(fā)生改變。
對于研發(fā)工程師而言，如何準確評估高功率器件性能、驗證供電系統(tǒng)動態(tài)響應，并構建覆蓋器件、模塊到系統(tǒng)級的完整測試能力，正成為AI基礎設施開發(fā)過程中不可忽視的重要課題。
AI算力持續(xù)躍升，數(shù)據(jù)中心供電架構邁向800V HVDC時代
過去十余年，數(shù)據(jù)中心供電架構始終圍繞著提升計算效率和降低能耗展開。從傳統(tǒng)CPU服務器到GPU加速計算，再到今天的大模型訓練集群，算力需求不斷攀升，也推動服務器功耗持續(xù)刷新紀錄。
近年來，以生成式AI和大模型訓練為代表的新一輪技術浪潮，使這一趨勢進一步加速。相比傳統(tǒng)IT負載，AI訓練和推理任務具有更高的計算密度和更強的動態(tài)負載特性。特別是在數(shù)千甚至數(shù)萬塊GPU協(xié)同工作的訓練過程中，服務器功耗會隨著計算任務的變化在極短時間內發(fā)生劇烈波動，對供電系統(tǒng)提出了遠高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的要求。
以NVIDIA最新發(fā)布的AI平臺為例，采用Blackwell Ultra架構的AI機柜功耗已經(jīng)達到約150 kW，而下一代Rubin平臺預計將進一步提升至200 kW以上。與此同時，整機柜供電能力正快速向數(shù)百千瓦甚至兆瓦級邁進。對于數(shù)據(jù)中心而言，這意味著供電系統(tǒng)已不再只是基礎設施，而是直接影響AI計算性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性和運行效率的關鍵組成部分。
如此高的功率密度，也使傳統(tǒng)12V、48V供電架構逐漸接近物理極限。隨著傳輸功率不斷增加，低電壓方案需要承載更大的工作電流，不僅增加了導體損耗和系統(tǒng)發(fā)熱，也給母排設計、散熱以及整體供電效率帶來了巨大挑戰(zhàn)。
因此，越來越多AI數(shù)據(jù)中心開始將目光轉向800V高壓直流（HVDC）供電架構。相比傳統(tǒng)低壓供電方案，更高的供電電壓能夠在相同功率下有效降低傳輸電流，從而減少線路損耗、提升系統(tǒng)效率，并為未來更高功率密度的數(shù)據(jù)中心預留充足的發(fā)展空間。可以說，800V HVDC不僅是供電電壓的提升，更代表著AI數(shù)據(jù)中心供電架構的一次重要升級。
然而，供電架構的改變也意味著研發(fā)測試對象發(fā)生了變化。過去，研發(fā)人員更多關注單個電源模塊或服務器電源（PSU）的性能驗證；而今天，測試范圍已經(jīng)擴展到Power Shelf、電源機柜（Power Rack）以及整套HVDC供電系統(tǒng)。從功率器件、功率模塊，到整機系統(tǒng)，每一級都需要更加精準、高效的測試驗證，確保整個供電鏈路能夠在高功率、高動態(tài)負載條件下保持穩(wěn)定運行。
除了功率等級不斷提高，AI負載本身也給供電系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)服務器相對平穩(wěn)的負載不同，大模型訓練具有典型的高動態(tài)、同步變化特征。當大量GPU同時進入計算狀態(tài)時，整個機架的功率可能在微秒級時間內發(fā)生快速階躍變化，形成劇烈的di/dt事件。這不僅要求供電系統(tǒng)能夠提供足夠的輸出能力，更要求其具備極快的動態(tài)響應速度，以保證輸出電壓穩(wěn)定，避免因瞬態(tài)波動影響GPU計算精度甚至系統(tǒng)穩(wěn)定性。
對于研發(fā)團隊而言，這意味著測試重點已經(jīng)不僅僅是測量"輸出了多少功率"，而是需要深入評估功率器件、電源模塊以及整套供電系統(tǒng)在高速動態(tài)工況下的真實表現(xiàn)。如何準確捕獲高速瞬態(tài)波形、分析動態(tài)響應過程，并建立覆蓋器件、模塊到系統(tǒng)級的完整測試能力，正在成為AI數(shù)據(jù)中心研發(fā)過程中新的關鍵課題。
AI數(shù)據(jù)中心供電升級，正在重塑電源測試與驗證體系
供電架構的升級，不僅改變了數(shù)據(jù)中心的設計理念，也正在重新定義研發(fā)測試的對象和方法。過去，電源研發(fā)更多聚焦于單個電源模塊或功率器件的性能驗證，測試對象相對獨立，工作條件也較為穩(wěn)定。而在AI數(shù)據(jù)中心時代，研發(fā)人員面對的是一條覆蓋功率器件、服務器電源（PSU）、Power Shelf、電源機柜（Power Rack）直至整套800V HVDC供電系統(tǒng)的完整供電鏈路。隨著功率等級不斷提升，測試內容已經(jīng)從傳統(tǒng)的電氣參數(shù)測量，擴展到器件特性、動態(tài)響應、系統(tǒng)效率以及整機穩(wěn)定性等多個層面。
與此同時，新一代寬禁帶半導體器件的大規(guī)模應用，也讓測試面臨新的挑戰(zhàn)。為了滿足高效率、高功率密度的設計需求，越來越多AI數(shù)據(jù)中心電源開始采用**SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）**器件。這類器件具備更高的開關頻率、更低的開關損耗以及更好的轉換效率，為800V HVDC供電架構提供了重要技術支撐。然而，其高速開關特性也使傳統(tǒng)測量方式面臨帶寬不足、共模干擾嚴重以及測量誤差增大的問題。
對于研發(fā)工程師而言，僅僅"看到波形"已經(jīng)遠遠不夠，更重要的是能夠準確獲取器件在真實工作狀態(tài)下的動態(tài)特性。例如，雙脈沖測試（Double Pulse Test）已經(jīng)成為評估SiC和GaN器件開關性能的重要方法，能夠幫助研發(fā)人員分析開通損耗（Eon）、關斷損耗（Eoff）、開關速度以及動態(tài)導通電阻（Dynamic R<sub>DS(on)</sub>）等關鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)不僅直接影響器件選型，也關系到整個電源系統(tǒng)的效率和可靠性。
另一方面，隨著測試對象不斷向系統(tǒng)級擴展，研發(fā)實驗室對于測試平臺也提出了更高要求。從單個PSU到Power Shelf，再到MW級Power Rack，不同產品不僅功率等級跨度巨大，測試工況也更加復雜。傳統(tǒng)測試設備往往需要多臺儀器組合使用，不僅占用大量實驗室空間，還會增加系統(tǒng)集成和維護成本。當開展大功率老化測試或極限工況驗證時，大量測試電能最終以熱量形式消耗，不僅增加運行成本，也進一步提高了實驗室散熱壓力。
因此，新一代AI數(shù)據(jù)中心測試平臺正在朝著自動化、模塊化以及能量回饋方向發(fā)展。一方面，通過自動化測試系統(tǒng)減少人工配置和重復分析工作，提高研發(fā)效率；另一方面，通過模塊化設計覆蓋從器件到系統(tǒng)的不同測試需求，并利用能量回饋技術將測試過程中產生的電能重新回饋至電網(wǎng)，在提升測試能力的同時降低能耗和運營成本。這種從"測得準"到"測得快、測得全、測得高效"的轉變，也正在成為AI數(shù)據(jù)中心研發(fā)實驗室的重要發(fā)展方向。
可以看到，AI不僅改變了數(shù)據(jù)中心的供電架構，也正在推動測試驗證體系同步升級。從功率器件到系統(tǒng)級供電平臺，研發(fā)團隊需要一套覆蓋全流程、多層級的測試方案，以應對不斷增長的功率密度、更快的動態(tài)響應以及更加復雜的驗證需求。
從器件到系統(tǒng)：Tektronix聯(lián)合EA打造AI數(shù)據(jù)中心全流程測試解決方案
面對AI數(shù)據(jù)中心供電架構的快速演進，研發(fā)團隊需要的不再是一臺性能更高的儀器，而是一套能夠覆蓋器件評估、模塊驗證以及系統(tǒng)測試全過程的完整解決方案。圍繞AI服務器電源及800V HVDC供電系統(tǒng)的研發(fā)需求，Tektronix聯(lián)合EA（Elektro-Automatik）及Keithley，構建了覆蓋功率器件、PSU、Power Shelf以及MW級Power Rack的全流程測試平臺，為下一代AI數(shù)據(jù)中心研發(fā)提供從設計驗證到系統(tǒng)測試的全面支持。
對于器件研發(fā)而言，SiC和GaN寬禁帶半導體已經(jīng)成為新一代高效率電源設計的核心。相比傳統(tǒng)硅器件，更高的開關速度和更低的損耗能夠顯著提升系統(tǒng)效率，但也對器件特性測量提出了更高要求。尤其是在耐壓、漏電流、動態(tài)導通電阻以及開關損耗等關鍵參數(shù)測試過程中，只有準確掌握器件真實工作狀態(tài)下的性能，才能為后續(xù)電源設計提供可靠依據(jù)。
針對靜態(tài)參數(shù)測試，Keithley高功率源表（SMU）能夠實現(xiàn)高電壓、超低電流測量，為器件耐壓、漏電流等關鍵參數(shù)提供高精度表征能力；在動態(tài)參數(shù)測試方面，Tektronix自動化雙脈沖測試平臺能夠幫助工程師快速完成開通損耗（Eon）、關斷損耗（Eoff）以及動態(tài)開關特性的自動分析，減少人工計算帶來的誤差，提高測試效率和結果一致性。
與此同時，隨著GaN器件工作頻率不斷提升，共模干擾已成為影響測量精度的重要因素。針對這一挑戰(zhàn)，Tektronix推出基于IsoVu?技術的新一代隔離電流測量方案，通過光隔離與射頻隔離相結合，在保持高帶寬測量能力的同時，大幅提升共模抑制能力，使工程師能夠更加準確地捕獲高速開關波形以及動態(tài)導通電阻變化，為寬禁帶器件研發(fā)提供更加可靠的數(shù)據(jù)支撐。
圖： Tektronix與Keithley聯(lián)合提供覆蓋靜態(tài)參數(shù)、動態(tài)雙脈沖測試以及高帶寬隔離測量的完整器件級測試方案。
隨著研發(fā)工作逐步從器件層延伸至系統(tǒng)層，測試對象也從單個電源模塊擴展至Power Shelf乃至MW級Power Rack。相比傳統(tǒng)實驗室環(huán)境，AI數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)不僅功率等級更高，而且需要驗證不同模塊之間的協(xié)同工作能力，以及整個供電系統(tǒng)在高動態(tài)負載下的穩(wěn)定性和可靠性。
針對這一需求，Tektronix聯(lián)合EA推出覆蓋系統(tǒng)級驗證的完整測試平臺。EA雙向直流電源及電子負載系統(tǒng)可根據(jù)不同測試需求靈活構建PSU、Power Shelf以及Power Rack測試環(huán)境，實現(xiàn)電源與負載一體化測試。依托模塊化設計，系統(tǒng)能夠根據(jù)項目規(guī)模快速擴展至數(shù)百千瓦甚至兆瓦級測試能力，滿足AI數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)持續(xù)升級帶來的驗證需求。
更重要的是，在大功率測試過程中，EA能量回饋技術能夠將測試過程中產生的大部分電能重新反饋至電網(wǎng)，而不是以熱量形式消耗，不僅顯著降低實驗室運行成本，也減少了制冷系統(tǒng)負荷，為長時間、大功率測試提供更加綠色、高效的解決方案。對于AI數(shù)據(jù)中心研發(fā)實驗室而言，這意味著不僅能夠完成更高功率等級的測試驗證，也能夠在保證測試能力的同時兼顧實驗室運營效率。
圖： EA模塊化雙向電源及能量回饋系統(tǒng)支持從PSU到MW級Power Rack的系統(tǒng)級測試驗證。
通過將Tektronix高性能示波器與自動化分析軟件、Keithley精密源表以及EA模塊化能量回饋平臺有機結合，研發(fā)團隊能夠建立覆蓋器件、模塊到整機系統(tǒng)的完整測試能力。從早期器件選型、控制策略優(yōu)化，到Power Shelf驗證，再到AI數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)最終測試，整個研發(fā)流程均可在統(tǒng)一的平臺上完成，大幅提高測試效率，降低系統(tǒng)集成復雜度，并幫助研發(fā)團隊更快完成產品驗證和工程化落地。
圖注： Tektronix聯(lián)合Keithley與EA打造覆蓋器件、模塊及系統(tǒng)級的AI數(shù)據(jù)中心完整測試平臺。
結語
AI時代的到來，正在推動數(shù)據(jù)中心基礎設施進入新一輪技術變革。從GPU算力持續(xù)提升，到800V HVDC供電架構逐步落地，再到SiC、GaN等寬禁帶器件加速應用，整個產業(yè)鏈都在向更高功率密度、更高效率以及更高可靠性方向發(fā)展。而這些變化，也讓研發(fā)測試從過去的"驗證產品是否可用"，逐漸演變?yōu)橥苿赢a品創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié)。
對于研發(fā)團隊而言，測試平臺的價值已經(jīng)不僅體現(xiàn)在測量精度，更體現(xiàn)在能否覆蓋器件、模塊到系統(tǒng)的完整驗證流程，幫助工程師更快發(fā)現(xiàn)設計問題、優(yōu)化控制策略，并提升產品一次性通過驗證和認證測試的成功率。隨著AI數(shù)據(jù)中心建設不斷提速，自動化、系統(tǒng)化、模塊化的測試能力，將成為下一代電源研發(fā)的重要基礎設施。
圍繞這一趨勢，Tektronix聯(lián)合Keithley及EA，通過覆蓋寬禁帶功率器件測試、雙脈沖動態(tài)分析、高帶寬隔離測量、雙向電源及能量回饋系統(tǒng)驗證等完整測試能力，幫助客戶構建貫穿研發(fā)全過程的測試平臺。從實驗室中的單顆SiC/GaN器件，到Power Shelf、Power Rack乃至MW級AI數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)，研發(fā)團隊都能夠基于統(tǒng)一的測試平臺完成更加高效、精準的驗證工作，為下一代AI基礎設施創(chuàng)新提供堅實的測試支撐。
關于泰克科技
泰克公司總部位于美國俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng)新、精確、操作簡便的測試、測量和監(jiān)測解決方案，解決各種問題，釋放洞察力，推動創(chuàng)新能力。70多年來，泰克一直走在數(shù)字時代前沿。
