解鎖 GB200/GB300 穩定運行的秘密：深入剖析 BBU 電池模組架構

核心亮點

關鍵備援角色： BBU（電池備援電力模組）在主電源中斷時提供約 5-7 分鐘的緊急電力，確保資料寫入儲存裝置，防止 AI 運算中斷和資料遺失。
架構演進： 在 GB200 中 BBU 初步為選配，但在功耗更高、對穩定性要求更嚴苛的 GB300 中，BBU 已成為標準配置，凸顯其重要性日益增加。
技術優勢： 相較於傳統 UPS，BBU 採用鋰電池（多為鋰鐵磷酸鹽 LiFePO4），具備體積更小、重量更輕、壽命更長（5-10年）、充電速度更快等顯著優勢。

NVIDIA GB200 NVL72 伺服器機櫃示意圖，其高運算密度對電力穩定性提出更高要求。

深入了解 BBU：AI 伺服器的心臟保鑣

什麼是 BBU？

BBU（Backup Battery Unit），中文稱為「電池備援電力模組」，是一種高效能的備援電力裝置，通常直接安裝在伺服器機櫃內。它的核心使命是在遭遇主電力供應中斷或不穩定的突發狀況時，能夠立即接手，提供短時間但至關重要的備用電力。對於像 NVIDIA GB200 和 GB300 這樣進行大規模、高強度運算的 AI 伺服器而言，瞬間的電力中斷都可能導致運算任務失敗、重要資料遺失，甚至硬體損壞。BBU 的存在，就是為了防止這些災難性後果的發生。

當外部供電系統異常時，BBU 會無縫啟動，為伺服器（特別是記憶體和儲存系統）提供數分鐘（通常是 5-7 分鐘）的穩定直流電力。這段寶貴的時間足以讓系統將正在處理的、暫存在 DRAM 中的資料安全地寫入到 SSD 等非揮發性儲存裝置中，確保資料的完整性和一致性，並允許系統有序關機或等待備用發電機啟動。

資料中心的穩定運行離不開可靠的電力備援系統，BBU 在其中扮演重要角色。

BBU 與 UPS 的關鍵差異

雖然 BBU 和 UPS（不斷電系統）都提供備援電力，但它們在設計理念、應用場景和性能特性上存在顯著差異。UPS 通常是獨立於伺服器機櫃之外的大型系統，使用鉛酸電池，提供較長時間的備援，但也存在體積龐大、重量沉重、充電慢、壽命短等缺點。BBU 則是針對伺服器機櫃內部設計，更為整合和高效。

下表比較了 BBU 與傳統 UPS 的主要特性：

特性	BBU (鋰電池)	傳統 UPS (鉛酸電池)
部署位置	整合於伺服器機櫃內	通常獨立於機櫃外
體積與重量	小巧輕便 (減少 50-70% 空間, 減輕 50-60% 重量)	體積龐大、重量沉重
電池技術	鋰電池 (常為 LiFePO4)	鉛酸電池
備援時間	較短 (通常 5-7 分鐘，專注資料保護)	較長 (數十分鐘至數小時)
充電速度	快 (約快 5 倍)	慢
使用壽命	長 (約 5-10 年)	短 (約 2-3 年)
轉換效率	較高	相對較低
主要應用	伺服器、資料中心內部備援，確保資料寫入	提供區域性或整體設施的電力備援

NVIDIA GB200/GB300 中的 BBU 架構整合

在 NVIDIA 的 GB200 和 GB300 這種高功耗 AI 伺服器架構中，BBU 的整合方式經過精心設計，以確保最高的可靠性和效率。

NVIDIA Blackwell 架構帶來更高的運算效能，也對電源和散熱系統提出了更高要求。

儲能托盤：BBU 與超級電容的協同作用

一個關鍵的設計概念是「儲能托盤」（Energy Storage Tray）。這個托盤通常會同時整合 BBU 和超級電容器（Supercapacitor）。這兩者分工合作：

超級電容器： 負責處理極短時間內的電力波動或瞬時斷電，提供毫秒級的快速響應，穩定電壓。
BBU： 在較長時間（數分鐘）的電力中斷期間提供持續的電力輸出，確保資料備份完成。

這種協同設計結合了超級電容的快速響應和 BBU 的持續供電能力，為伺服器提供了更全面的電力保護。

電源架整合與設計

BBU 模組並非獨立運作，而是深度整合在伺服器的「電源架」（Power Rack）中。NVIDIA 的參考設計建議每個電源架至少配備一個 BBU 模組。

主要整合方式：

供電與充電： 在正常運作情況下，BBU 模組由其所在的電源架負責充電，保持在備用狀態。
電力輸出： 當偵測到主電源中斷時，BBU 會立即啟動，為計算托盤（Compute Tray）提供穩定的 48V 直流（DC）電源。
供應商合作： NVIDIA 與主要的電源供應商（如台達電 Delta Electronics、光寶科 Lite-On）緊密合作，提供包含電源供應單元（PSU）和 BBU 的整合式電源架解決方案。例如，台達電就提供了整合「電源+BBU」的設計架構給 GB200。

模組化與可更換性

為了方便維護和更換，BBU 通常設計為「功能可更換單元」（FRU, Functional Replaceable Unit）。這意味著如果某個 BBU 模組發生故障或壽命到期，維護人員可以快速地將其抽出並換上新的模組，而無需關閉整個系統或進行複雜的拆卸，大大提高了系統的可維護性和可用性。

GB200 中的 BBU 設計細節

在 NVIDIA GB200 伺服器架構中，BBU 的角色和配置體現了其作為新興備援方案的初期應用階段。

選配考量與市場趨勢

根據多方資訊，BBU 在 GB200 的初期設計中被定義為選配組件。這意味著客戶可以根據自身的應用需求、預算以及對電力穩定性的要求來決定是否配置 BBU。然而，隨著 AI 應用對系統穩定性、資料完整性的要求越來越高，以及對傳統 UPS 方案缺點的考量，市場趨勢顯示 BBU 的採用率正在增加，甚至有報導指出未來可能將 BBU 升級為 GB200 的標準配置。

功耗與備援需求

GB200 系統的總功耗據報導可達 120kW。這是一個相當高的數字，意味著即使是短暫的電力中斷，也可能對大量正在運行的 GPU 造成影響。單一 GB200 GPU 的功耗約為 1.2kW。雖然 BBU 提供的 5-7 分鐘備援時間看似不長，但對於完成關鍵資料的寫入操作已經足夠。在選配模式下，客戶需要評估其資料中心電力環境的穩定性以及資料保護的優先級別，來決定 BBU 的配置數量。

GB300 中的 BBU 設計演進

相較於 GB200，NVIDIA GB300 在 BBU 的整合上邁出了更重要的一步，反映了對更高穩定性和可靠性的追求。

標準配置的重要性

根據摩根大通等機構的報告以及業界普遍預期，BBU 在 GB300 系統中將成為標準配置，不再是可選項目。這一轉變的主要原因包括：

更高的功耗： GB300 的系統總功耗預計將超過 130kW，單一 GPU 功耗也提升至約 1.4kW，對電力穩定性的挑戰更大。
更高的可靠性要求： GB300 面向的是更大型、更關鍵的 AI 訓練和推論任務，任何停機造成的損失都更為嚴重。
技術成熟與成本效益： 隨著 BBU 技術的成熟和規模化生產，其成本效益相對於帶來的可靠性提升更具吸引力。

將 BBU 列為標配，是 NVIDIA 旨在降低 GB300 伺服器運行風險、確保其在嚴苛環境下穩定表現的重要舉措。

強化設計以應對更高功耗

為了應對 GB300 更高的功耗，BBU 的設計和配置也相應強化。有報導指出，一套 GB300 系統可能需要搭載多達 5 個 BBU 模組（可能包含一個冗餘模組），以確保在滿載情況下仍能提供足夠的備援電力。每個 BBU 模組的單價約在 300 美元左右。這種多模組的配置不僅提供了充足的電力，也增加了系統的冗餘度。GB300 的設計將繼續沿用 BBU 與超級電容協同工作的「儲能托盤」架構，並由台達電、光寶科等主要供應商提供整合解決方案。

BBU 技術特性與優勢

BBU 之所以能在 AI 伺服器領域嶄露頭角，取代部分傳統 UPS 的角色，源於其本身的技術特性和多方面優勢。

核心技術：鋰電池的選擇

BBU 的核心是其儲能單元——電池。目前市場上的 BBU 主流採用鋰離子電池，特別是磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池。選擇這種電池技術主要基於以下優點：

高安全性： LiFePO4 電池的熱穩定性較好，不易發生熱失控，相較於其他鋰電池（如鋰鈷氧 LiCoO2）更安全，這在空間有限且發熱量大的伺服器機櫃中至關重要。
長壽命： LiFePO4 電池的循環壽命長，充放電次數可達數千次，使得 BBU 的預期使用壽命可達 5-10 年，遠超鉛酸電池的 2-3 年，降低了更換頻率和維護成本。
高穩定性： 在較寬的溫度範圍內都能保持穩定的性能。
環境友好： 不含有害重金屬，對環境相對友好。

此外，鋰電池能量密度高，使得 BBU 可以做到比同等容量的鉛酸 UPS 更小、更輕。

效能評估：BBU 與 UPS 的多維度比較

為了更直觀地展示 BBU 相對於傳統 UPS 的優勢，我們可以使用以下圖表從多個維度進行比較。分數越高代表在該維度表現越好（注意：初期成本分數越高代表成本越低，備援時間分數則需結合應用場景理解）。

從圖中可以看出，BBU 在空間效率、重量、壽命、充電速度和維護需求方面明顯優於傳統 UPS，雖然初期成本可能略高於基礎鉛酸 UPS，且備援時間設計上較短（但滿足其特定目標），但其綜合優勢使其成為現代高密度資料中心和 AI 伺服器的理想選擇。

供應鏈生態系

NVIDIA GB200/GB300 對 BBU 的採用，帶動了相關供應鏈的發展。這個生態系涵蓋了從設計、製造到零組件供應的多個環節。

mindmap root["NVIDIA GB200/GB300 BBU 生態系"] id1["NVIDIA
(設計與規格制定)"] id1a["GB200 (BBU 選配)"] id1b["GB300 (BBU 標配)"] id2["系統整合商/伺服器製造商
(如鴻海、廣達等)"] id2a["(整合 BBU 於伺服器機櫃)"] id3["電源解決方案供應商"] id3a["台達電 (Delta)"] id3b["光寶科 (Lite-On)"] id3c["(提供整合電源架 + BBU)"] id4["BBU 電池模組製造商"] id4a["新普集團 (AES-KY)"] id4b["順達科 (Dynapack)"] id4c["(製造鋰電池模組)"] id5["關鍵零組件供應商"] id5a["健和興 (ChienShern)
(連接器)"] id5b["鋰電池芯"] id5c["電源管理 IC (PMIC)"] id5d["機構件"]

這個心智圖展示了從 NVIDIA 制定規格開始，經過電源供應商整合 BBU 模組，再由伺服器製造商組裝到最終產品的流程。其中，台灣廠商在電源供應、電池模組和連接器等環節扮演了關鍵角色。