电源分配单元：AI数据中心基础设施的高密度PDU

更新于2025年12月11日

2025年12月更新： 机架功率密度从2020年平均8.2kW跃升至AI工厂部署的500-1000kW。全球PDU市场从2024年的22亿美元增长至2030年预计的32亿美元。母线槽系统年增长超40%——数据中心物理基础设施增长最快的细分领域。现代GPU服务器强制要求100A以上的PDU。600-800V高压直流配电因效率优势日益受到青睐。

机架功率密度已从2020年平均8.2kW跃升至AI工厂部署预计的500-1000kW。¹ 如NVIDIA Blackwell B100和B200等GPU单芯片功耗突破1000瓦，将机架功率推升至100kW以上，某些配置甚至接近1MW。² 曾经简单的电源插排已演变为传感器丰富的平台，提供可操作的洞察、运营弹性以及AI时代所需的敏捷性。³

全球PDU市场从2024年的22亿美元增长至2030年预计的32亿美元，年复合增长率6.4%，随着AI和机器学习工作负载对更高功率容量的需求，智能PDU的采用正在加速。⁴ Allied Market Research预测更广泛的市场到2030年将达到79亿美元。⁵ 电源分配已成为数据中心物理基础设施增长最快的细分领域，母线槽系统年增长超过40%。⁶ 对于部署AI基础设施的组织而言，PDU的选择决定了昂贵的GPU投资能否实现充分利用，还是在电力供应环节形成瓶颈。

AI工作负载改变PDU需求

传统数据中心每机架运行功率为20-30kW。AI训练集群需要40-60kW的机架。大型语言模型至少需要70kW。⁷ 超级计算应用于国家安全和AI研究则需要100kW或更高。⁸ 这种功率升级从根本上改变了PDU规格要求。

更高安培数成为强制要求。为高密度设计的PDU可承载100A及以上电流，更高的断路器和保险丝数量可在每个插座基础上提供更大功率。⁹ 无论其他规格如何，标准30A或60A的PDU都无法支持现代GPU服务器。

三相配电优化高功率传输。每相运行各自独立的电流路径，减轻线路压力，使用更小、更经济的导线。¹⁰ 与单相替代方案相比，三相配置还能改善功率因数并减少谐波失真。

温度耐受性解决热管理挑战。Vertiv的PowerIT PDU可在高达140°F（60°C）的温度和95%的湿度下运行，这对于冷却系统难以维持传统舒适范围的高密度部署至关重要。¹¹

中压配电应用于极高密度场景。对于100-300kW的机架布局，最高效的方法是将中压直接配送到机架排的PDU。¹² 更高电压配电减少电流，相比传统方法可实现空气冷却和更轻量的基础设施。¹³

高压直流架构日益受到关注。600-800V的HVDC配电减少了转换环节并提高效率。¹⁴ 将机架电源保持在400V可消除几乎所有传输损耗，而从480V降压至208V/120V的转换损耗达4%。¹⁵

智能PDU监控功能

现代智能PDU提供的远不止电源分配功能。它们实时测量、分析和报告电力消耗，从普通组件转变为战略基础设施平台。¹⁶

精细化电力监控提供机架级消耗的可见性。智能PDU可监控电流（安培）、电压、功率（kVA、kW）、功率因数和能耗（kWh），精度达±1%。¹⁷ 这种精度使容量规划和费用分摊计算更加准确。

电能质量分析在问题导致停机之前识别潜在问题。电压、谐波、波峰因数和功率因数数据揭示可能给设备带来压力或指示组件故障的异常。¹⁸ 早期检测可防止代价高昂的意外停机。

环境监控延伸至电力之外。内置传感器在机架级别跟踪温度和湿度，当条件超过阈值时立即触发警报。¹⁹ 精细的可见性补充了设施级环境系统。

DCIM集成创建统一的基础设施可见性。智能PDU将数据馈送到数据中心基础设施管理系统，将电力消耗与计算工作负载、环境条件和容量利用率相关联。²⁰ 这种集成使整个设施实现数据驱动的优化。

远程管理减少运营开销。可切换PDU可远程重启单个插座的电源，减少简单重启操作的现场派遣。这一功能对边缘部署和远程设施尤为有价值。

欧盟能源效率指令现已要求所有新建数据中心进行全面的电力监控。²¹ 北美和亚太地区的类似法规迫使运营商将基础PDU替换为智能监控版本。²² 监管要求加速了从普通PDU向监控平台的转型。

415V与480V配电的考量

电压选择影响整个电力链的效率、成本和兼容性。不同地区标准化采用不同电压，但AI部署越来越多地评估传统本地标准的替代方案。

480V配电代表传统的美国方式。三相480V进入数据中心，通过降压变压器转换为208V/120V。²³ 这种转换造成约4%的传输损耗。²⁴ 包括Google在内的一些大型数据中心将480V交流电直接配送到机架，由机架内的三相整流器转换为直流，消除了中间转换损耗。²⁵

415V配电在美国以外地区占主导地位。美国设施可在UPS层面转换为415V，根据负载情况实现85-90%的效率。²⁶ 该电压可实现对服务器的240V单相直接配电。

240V与120V效率差异在规模化时会累积。在240V下，典型服务器电源效率为85.5%。在120V下，效率降至82%，相差整整3.5%。²⁷ 比较208V和240V则显示1.5%的效率差距。²⁸ 对于兆瓦级部署，这些百分点转化为可观的电力和冷却节省。

变压器考量有利于更高电压。277/480V至240/415V的降压自耦变压器尺寸比120/208V PDU隔离变压器小90%，成本也更低。²⁹ 消除大型PDU变压器减少了冷却需求和占地面积。

ABB的MegaFlex 415V UPS于2025年6月推出，专为托管、混合、超大规模和新云数据中心设计。³⁰ 该产品与ABB的480V MegaFlex互补，为运营商提供满足不同部署需求的灵活选择。³¹

规划新建部署的组织应评估415V配电以获得效率提升，而改造升级项目考虑到现有基础设施可能发现480V更为实用。

AI工作负载领先的PDU制造商

竞争格局集中在少数几家主要供应商之间，根据Dell'Oro Group的数据，Schneider Electric和Vertiv主导全球市场份额，两者仅相差0.1个百分点。³²

Vertiv PowerIT机架PDU于2025年推出，专门针对AI和HPC工作负载。该系统提供先进的电源管理、灵活的配置和增强的内部组件，确保大规模部署的可靠性。³³ 208V Delta和240/415V WYE配置的三相配电可在各相之间均匀分配电气负载。³⁴ 运行温度耐受至60°C、湿度耐受至95%，可应对高密度部署环境。³⁵

Schneider Electric NetShelter Rack PDU Advanced已更新以支持AI服务器的高电流功率需求。紧凑的垂直和水平型号提供更多专用电路，实现高效的机架布局。³⁶ Schneider开发了专门支持NVIDIA GB200 NVL72的机架系统，首次集成到NVIDIA的HGX和MGX生态系统中。³⁷

Server Technology（Legrand旗下品牌）专注于可切换智能机架PDU解决方案，实现精细化电源管理。该公司强调高密度部署的效率，并提供广泛的监控功能。

Raritan（同为Legrand旗下）提供集成环境监控和DCIM集成功能的智能PDU平台。该公司提供关于电源分配优化策略的详尽文档。

Eaton在整个电力基础设施领域展开竞争，其PDU解决方案集成到更广泛的UPS和电源管理生态系统中。该公司参与欧洲市场竞争，预计到2035年该市场PDU和PSU收入将达到200.5亿美元。³⁸

AI机架配置的PDU选型

正确的PDU选型需要了解设备生命周期内的峰值和持续功率需求。

GPU服务器功耗持续攀升。当前AI服务器功耗达30kW，而传统服务器为8kW。³⁹ 随着芯片TDP超过1000W，下一代系统功耗将更高。

冗余配置影响总PDU容量需求。N+1或2N冗余使所需PDU电路数量翻倍甚至更多。应根据冗余策略而非仅设备铭牌额定值规划容量。

未来增长余量防止基础设施过早更换。部署仅按当前需求选型的PDU，在服务器升级到更高功率型号时会面临容量搁浅风险。行业指南建议按部署生命周期内预期的机架密度增长进行选型。

插座类型和数量必须与设备需求匹配。不同的GPU服务器使用不同的电源输入配置。采购前需验证PDU插座类型与服务器需求匹配。

电路分配需要仔细规划。每个PDU更多的插座数量减少了所需的PDU数量，但可能集中故障风险。需在整合与故障域考量之间取得平衡。

国际能源署预测数据中心用电量将从2024年的415TWh激增至2030年的945TWh。⁴⁰ 今天部署的PDU基础设施必须能够适应这一增长轨迹。

安装和运营考量

正确的PDU部署不仅限于产品选择，还延伸到安装实践和运营程序。

垂直与水平安装影响机架空间利用率。零U配置的垂直PDU为设备保留完整的机架空间。水平PDU占用机架单元，但在某些配置中可能简化布线。

线缆管理集成防止气流阻塞。PDU位置影响电源线在机架中的走线方式。应将PDU位置与线缆管理策略一并规划，而非作为单独决策处理。

相位平衡最大化容量利用率。三相PDU上不平衡的负载会降低可用容量，可能在重载相上触发过流保护，而其他相仍处于欠载状态。

监控基线建立实现异常检测。部署后立即配置智能PDU监控以建立正常运行基线。异常检测需要历史数据进行比较。

固件管理确保安全性和功能性。智能PDU运行需要定期更新的固件。应将PDU固件纳入常规漏洞管理和补丁流程。

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