英偉達引領800V直流架構升級，碳化矽功率器件進入加速滲透期

AI算力爆發使電力成為數據中心發展的核心瓶頸，英偉達確立800V HVDC為下一代AI工廠標準供電方案，將推動碳化矽功率器件需求爆發式增長。具體來說，AI電源系統與AI基礎設施建設深度耦合、協同演進，共同構成人工智慧產業高質量發展的核心底層支撐。而碳化矽功率器件作為第三代半導體的核心代表，正是當前AI電源領域最具確定性的技術升級方向與核心增長極。從能量轉換效率、高壓大電流適配性到全產業鏈成熟度，碳化矽在AI高壓電源應用場景中均展現出傳統矽基器件無法比擬的綜合優勢。數據顯示到2030年，‌AI電源將占SIC電源市場50%‌，帶動整個SiC襯底與設備需求增長近‌10倍。當前功率半導體行業已進入結構性漲價週期，漲幅普遍達10%-25%，碳化矽產業鏈迎來歷史性投資機遇。

電力已成為決定AI算力競爭格局的核心勝負手。全球數據中心用電量預計2030年將飆升至1264TWh，AI訓練集群單機櫃功率已突破200kW並正向兆瓦級快速演進，傳統54V供電架構在大電流工況下線路損耗嚴重，已無法支撐AI算力的持續擴張需求。在此背景下，800V高壓直流（HVDC）架構已成為行業共識，英偉達正式將其確立為下一代AI工廠的核心供電方案並計畫2027年起全面部署，該架構可將端到端供電效率提升至98.5%以上、能量損耗降低超60%，支撐單機櫃功率從200kW躍升至1MW。而碳化矽憑藉高耐壓、低損耗、耐高溫的核心材料特性，在800V高壓電源場景中具備不可替代的優勢，被Citrini Research列為AI領域最被低估的核心主線。

當前功率半導體行業漲價潮正持續發酵，英飛淩、德州儀器、意法半導體等國際大廠及士蘭微、新潔能等國內龍頭企業已密集發佈漲價通知，產品漲幅普遍達10%-25%，AI數據中心對能源的極度渴求正是本輪漲價的核心推手。投資層面，建議重點關注碳化矽產業鏈中技術壁壘高、產能擴張快且已切入英偉達供應鏈的龍頭企業，優先佈局襯底、外延、器件及模組四大核心環節。

圖一：第三代半導體指數走勢情況

資料來源：Wind

800V HVDC：AI數據中心的供電架構升級

*什麼是800V高壓直流架構？核心優勢存在哪些方面？

2025年10月，英偉達在OCP全球峰會上發佈《800V DC Architecture for Next-Generation AI Infrastructure》白皮書，正式將800V高壓直流(HVDC)定義為下一代AI工廠的標準供電架構。

800V HVDC架構將傳統的多級轉換簡化為"13.8kV AC→800V DC→GPU電壓"的兩級轉換：

第一級是在數據中心週邊通過中壓整流器或固態變壓器(SST)將13.8kV交流電直接轉換為800V直流電，第二級是在機櫃內通過DC/DC轉換器將800V直流電降至GPU所需的1.8V-12V電壓。

根據英偉達官方數據，800V HVDC架構相比傳統48V/54V供電架構具備全方位的革命性優勢：其端到端效率最高可達90.3%，較傳統架構提升5%以上，以一個100MW的數據中心為例，僅這5%的效率提升每年就能節省電費超過4000萬元；在同等傳輸功率下，800V架構可將電流降至54V架構的約1/15，銅材用量減少45%，同等截面積導體可傳輸85%更多的功率；同時它能支持1MW及以上的機架功率密度，為未來AI算力的持續擴張預留了充足空間；此外，該架構減少了3-4個電力轉換環節，使系統故障點減少70%，維護成本同步降低70%；更重要的是，800V HVDC架構與液冷散熱系統的完美協同，已成為2026年AI數據中心建設的標準配置。

圖二：英偉達800V架構

資料來源：公司官網

*為什麼是碳化矽？

在800V HVDC架構中，負責電能轉換與傳輸的功率半導體是整個系統的核心。而碳化矽(SiC)作為第三代半導體材料，在高壓、高頻、高溫場景下具有矽基器件無法比擬的優勢：其擊穿電場強度是矽的10倍，天然適配800V及未來更高電壓的供電架構，無需多個矽基器件串聯即可實現高耐壓，大幅簡化電路設計並降低串聯損耗；導通電阻和開關損耗分別較矽基器件降低50%和80%以上，直接助力800V HVDC系統實現98.5%以上的端到端效率，顯著降低數據中心的電力成本；工作溫度可達200℃以上，遠超矽基器件的125℃上限，能更好地承受AI數據中心高功率密度帶來的散熱壓力，同時減少散熱系統的體積和能耗；支持更高的開關頻率，可大幅縮小變壓器、電感等無源元件的尺寸，使電源模組功率密度提升3倍以上，完美匹配1MW及以上單機櫃的功率需求；此外，碳化矽器件還具備更高的抗輻射能力和更長的使用壽命，能有效減少系統故障點，降低全生命週期的維護成本，成為800V HVDC架構不可替代的核心元器件。

全球知名AI供應鏈研究機構Citrini Research在最新報告中指出："無論是效率要求、技術匹配度還是產業鏈成熟度，碳化矽在AI高壓電源場景中都具備不可替代的優勢。AI電源與AI基建相輔相成，是AI產業發展的核心支撐，而碳化矽正是AI電源的核心增量所在。"碳化矽器件在800V HVDC系統的每一個功率轉換環節都扮演著不可替代的關鍵角色：在中壓整流器與固態變壓器（SST）環節，它承擔著將13.8kV交流電直接轉換為800V直流電的核心任務，需要大量1200V-1700V SiC MOSFET和二極體，採用碳化矽器件後的SST體積和重量可縮小60%-90%，功率密度提升5倍；在機櫃級DC/DC轉換器環節，它負責將800V直流電降至48V或12V，可使轉換效率提升2%-3%，功率密度提升40%以上；在伺服器電源（PSU）環節，3kW以上高功率PSU已全面採用碳化矽器件，效率可達98%以上，較傳統矽基PSU提升1.5%-2%；此外，碳化矽器件優異的高溫特性使其能夠與液冷系統完美結合，進一步提升液冷電源模組的功率密度，全面適配AI數據中心高功率、高密度的供電需求。

圖三：SIC器件優勢

碳化矽產業鏈分析與投資機遇

碳化矽產業鏈可分為上游襯底與設備、中游外延與器件製造、下游封裝測試三大環節。其中，襯底和外延是技術壁壘最高、利潤最為集中的環節，分別占器件成本的50%和20%左右。

*上游：襯底與設備

襯底是碳化矽產業鏈最核心的環節，技術壁壘最高。目前全球碳化矽襯底市場主要由$Wolfspeed (WOLF.US)$ 、$天岳先進 (688234.SH)$ 、天科合達等企業主導。

天嶽先進(688234.SH)：國內碳化矽襯底絕對龍頭，全球市場佔有率16.7%。公司掌握半絕緣型與導電型襯底雙技術路線，半絕緣型產品全球市占率超30%，導電型襯底市占率位居全球第二。已實現8英寸襯底量產，12英寸襯底研發取得實質性進展，客戶覆蓋英飛淩、博世等國際巨頭，並切入英偉達數據中心電源系統供應鏈。設備是產能擴張的核心保障。碳化矽製造設備中，PVT爐(做襯底的)最關鍵，以前靠德國PVA TePla，現在北方華創市占率已達61%，國內廠商基本都用它的設備。

$北方華創 (002371.SZ)$ ：國內半導體設備龍頭，碳化矽PVT爐市占率61%，外延設備也已實現突破。作為國產替代核心標的，在長江存儲等本土晶圓廠擴產中設備占比超50%，刻蝕和薄膜沉積設備國內市占率均居首位。短期受益於全球半導體漲價潮和晶圓廠新一輪擴產，長期看收購芯源微完善塗膠顯影佈局後平臺化優勢進一步增強，主要風險來自美國出口管制和先進制程技術突破進度。

*中游：外延與器件製造

外延片是在襯底上生長的一層碳化矽薄膜，直接影響器件的性能。國內外延片企業主要有三安光電(600703.SH)、瀚天天成、東莞天域等。

$三安光電 (600703.SH)$ ：國內化合物半導體龍頭，已建成國內首條8英寸碳化矽晶片生產線，年產能72萬片。產品已在理想、比亞迪等車企驗證，並切入AI數據中心電源市場。器件製造是將外延片加工成碳化矽二極體、MOSFET等器件。國際大廠英飛淩、意法半導體、安森美佔據全球83%的市場份額，國內企業正在快速追趕。

$斯達半導 (603290.SH)$ ：國內IGBT龍頭，碳化矽模組已批量應用於新能源汽車，並開始向AI數據中心電源領域拓展。

$士蘭微 (600460.SH)$ ：國內功率半導體龍頭，已實現碳化矽二極體和MOSFET的量產，2026年3月1日起對部分器件類產品價格上調10%。

*下游：封裝測試與模組

封裝測試是碳化矽產業鏈的最後環節，直接影響器件的可靠性和散熱性能。國內封裝測試企業主要有$長電科技 (600584.SH)$ 、$通富微電 (002156.SZ)$ 、$華天科技 (002185.SZ)$ 等。

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