HVDC，必也正名乎！

HVDC （high voltage direct current；高压直流），是目前在AI數據中心当红的技术及产品开发的项目，不仅是NVIDIACEO黄仁勋所称的五层蛋糕的第一层，也是所谓电力即算力的具体实现。

现今AI运算及信號交换的芯片，所需的电力是愈来愈可观。过去數據中心一个机柜，100 kw可以搞定。现在进展到至少300 kw起跳，可预见的将来会达到600 kw，甚至1 MW的机柜。所以过去由电力机房出来的240伏特（V）交流电（AC），可在机柜内做交流电力到直流电力的转换，然后供应低于1V的直流电压给吃电怪兽的芯片。

由于每一机柜所需的电力急遽上升，这种架构已经无法提供足够的电力给这群怪兽，因为单一机柜无法提供足够的空间作此交流电到直流电的转换。

因此云端數據中心的业者提出此高压直流（HVDC）系统概念，首先将电力转换部分，独立成为一机柜（称之为side car），与运算机柜拆开。这个电力机柜负责将240V的交流电力转换为800V直流高压电力，并输入到运算机柜。因为是800V的高压，可以大幅减少电流，因而降低电力传输的损耗。而之后在运算机柜内，只做高压直流电对低压直流电的转换，因此在空间上亦可大幅的缩减，所以HVDC达成數據中心内电力系统的最佳化。下一阶段在新设计的數據中心，就会开始将电力机房的输出直接采用800V直流高压电力，这样一来side car就可以进一步地省略了。

然而在最近一次的功率半导体元件的国际研讨会上，一位知名的电力系统教授却大声疾呼说HVDC这个名词，在电力系统中已使用行之有年，指的是10万伏特以上的高压直流，800V的电压在电力系统只能算是低压（low voltage）。的确我查了一下，1,000V以下的电压在电力系统中，都是属于低压。有趣的是，这10万伏特以上的HVDC，在绿能的驱使下，展现另一波新应用。

首先是离岸风力发电，风力涡轮机所产生的三相高压的交流电，是经由海底电缆送到岸上的电网。海底电缆的设计是三组同轴电缆线包覆在一起，在每一根同轴电缆本身，或是同轴电缆之间，都会形成电容效应，而电力在交流信號下（50~60 Hz），会因为此电容而产生充放电损耗，尤其对于长距离超过100公里以上的电力传输，此类的损耗加剧而造成实务上的不可行。因此长距离大电力的传输，HVDC使用超过十万伏特的直流电力成为具体可执行的方案，因为直流电力会因电容所造成的损耗极小。所以前任的经济部长曾提出，利用菲律宾吕宋岛所产生的太阳能电力，利用海底电缆传回臺湾，所使用的就是HVDC电缆的技术。同理HVDC亦可用于地下电缆长距离的电力传输。

在陆地上的高压交流电塔，因为电缆都是金属裸露的，且电缆间有相当的距离，既使是使用交流电力，但因为电容效应极小，因此长距离的传输并不是问题。

交流电网或是直流电网的传输，是一个已经争论上百年的议题，最初始是爱迪生拥护直流电而西屋主张使用交流电。但因为直流电不容易升压，使得每隔一段距离就得设立一个电厂；交流电的好处在于升降压都相对简单，使用变压器而且转换效率可以到达99%以上，所以才大量的普及。

然而由于功率半导体技术的精进，包括使用GaN或SiC这类的宽能隙半导体，使得直流的升降压变为可行。基本上直流电力要经过半导体元件，转换为交流电力，经由变压器做交流的升降压，尔后再将交流整流为直流的输出。所以前后都比交流电多一道工序，因此电力转换效率上是差了一些。但是在100公里以上大电力的海底或是地下电力传输，HVDC已经具备商业价值。

HVDC不论所使用的高压是800V或者10万V，都是在为提升电力传输效率做努力，受惠于半导体技术的发展，直流电力的传输，扮演愈来愈重要的角色。然而高压终究是相当危险的，我个人在当研究生时期，曾经瞬间地被400V的电压所电击过，那的确是个惊心动魄且毕生难忘的经验。