Trong Edison's Revenge, các trung tâm dữ liệu đang chuyển đổi từ AC sang DC

Hội nghị Nvidia GTC tuần trước đã nêu bật các kiến ​​trúc chip mới để hỗ trợ AI. Nhưng khi các con chip trở nên nhanh hơn và mạnh hơn, phần còn lại của trung tâm dữ liệu cơ sở hạ tầng đang bắt kịp. Cộng đồng phân phối điện đang phản hồi: Thông báo từ Đồng bằng , Vertiv và Eaton đã giới thiệu các thiết kế mới cho kỷ nguyên AI. Việc chuyển đổi nguồn AC sang DC phức tạp và kém hiệu quả đang dần được thay thế bằng cấu hình DC, ít nhất là ở các trung tâm dữ liệu.

“Trong khi hệ thống phân phối AC vẫn cố thủ sâu rộng, những tiến bộ trong điện tử công suất và nhu cầu ngày càng tăng về cơ sở hạ tầng AI đang thúc đẩy sự quan tâm đến kiến trúc DC,” Chris Thompson, phó chủ tịch phụ trách công nghệ tiên tiến và toàn cầu lưới điện siêu nhỏ tại Vertiv cho biết.

Những thách thức khi chuyển đổi AC sang DC

Ngày nay, gần như tất cả các trung tâm dữ liệu đều hỗ trợ được thiết kế xung quanh nguồn điện AC. Đường dẫn điện bao gồm nhiều chuyển đổi trước khi nguồn điện đạt đến tải điện toán. Nguồn điện thường đi vào trung tâm dữ liệu dưới dạng điện áp xoay chiều trung thế (1kV đến 35kV), được giảm xuống điện áp xoay chiều điện áp thấp (480V hoặc 415V) bằng máy biến áp, chuyển đổi thành DC bên trong nguồn điện liên tục (UPS) để lưu trữ pin, chuyển đổi trở lại thành AC và chuyển đổi lại thành DC điện áp thấp (thường là 54 V DC) tại máy chủ, cung cấp cho các chip điện toán nguồn DC Luiz Fernando Huet de Bacellar, phó chủ tịch phụ trách kỹ thuật và công nghệ tại Eaton cho biết: “Quy trình chuyển đổi kép đảm bảo nguồn AC đầu ra sạch sẽ, ổn định và phù hợp với các máy chủ của trung tâm dữ liệu”. trung tâm dữ liệu. Các giá đỡ tính toán của trung tâm dữ liệu truyền thống có công suất khoảng 10 kW mỗi giá. Đối với AI, con số đó đang bắt đầu đạt tới mức 1 MW. Ở quy mô đó, tổn thất năng lượng, mức dòng điện và yêu cầu về đồng của quá trình chuyển đổi AC sang DC ngày càng trở nên khó giải thích. Mỗi chuyển đổi đều phát sinh một số tổn thất điện năng. Ngoài ra, khi lượng điện năng cần được phân phối tăng lên, kích thước tuyệt đối của bộ chuyển đổi cũng như yêu cầu về đầu nối của thanh cái bằng đồng sẽ trở nên không thể đáp ứng được. Theo Nvidia blog, giá đỡ 1 MW có thể cần tới 200 kg thanh cái bằng đồng. Đối với một trung tâm dữ liệu 1 GW, nó có thể lên tới 200.000 kg đồng.

Lợi ích của nguồn điện một chiều cao áp

Bằng cách chuyển đổi trực tiếp nguồn điện lưới xoay chiều 13,8 kV thành 800 VDC ở chu vi trung tâm dữ liệu, hầu hết các bước chuyển đổi trung gian đều bị loại bỏ. Điều này giúp giảm số lượng quạt và bộ cấp nguồn, đồng thời mang lại độ tin cậy của hệ thống cao hơn, khả năng tản nhiệt thấp hơn, hiệu suất năng lượng được cải thiện và diện tích sử dụng thiết bị nhỏ hơn.

“Mỗi lần chuyển đổi năng lượng giữa lưới điện hoặc nguồn điện và các chip silicon bên trong máy chủ gây ra một số tổn thất năng lượng,” Fernando cho biết.

Việc chuyển đổi từ 415 V AC sang 800 V DC trong phân phối điện cho phép truyền tải điện nhiều hơn 85% qua cùng một kích thước dây dẫn. Điều này xảy ra vì điện áp cao hơn làm giảm nhu cầu dòng điện, giảm tổn thất điện trở và giúp việc truyền tải điện hiệu quả hơn. Các dây dẫn mỏng hơn có thể xử lý cùng một tải, giảm 45% nhu cầu về đồng, cải thiện hiệu suất 5% và tổng chi phí sở hữu cho các cơ sở quy mô GW thấp hơn 30%.

“Trong kiến ​​trúc DC điện áp cao, điện từ lưới được chuyển đổi từ AC trung áp thành khoảng 800 V DC và sau đó được phân phối khắp cơ sở trên một bus DC,” Thompson của Vertiv cho biết. “Trên giá đỡ, bộ chuyển đổi DC-DC nhỏ gọn giúp giảm điện áp cho GPU và CPU.”

A báo cáo từ nhóm cố vấn công nghệ Omdia tuyên bố rằng các trung tâm dữ liệu DC có điện áp cao hơn đã xuất hiện ở Trung Quốc. Ở Châu Mỹ, Mt. Sáng kiến Diablo (sự hợp tác giữa Meta, Microsoft và Dự án điện toán mở) là một thử nghiệm phân phối nguồn điện trên giá 400 V DC.

Những đổi mới trong DC Hệ thống điện

Một số nhà cung cấp đang cố gắng dẫn đầu cuộc chơi. Hệ sinh thái 800 V DC của Vertiv tích hợp với nền tảng NVIDIA Vera Rubin Ultra Kyber sẽ có mặt trên thị trường vào nửa cuối năm nay 2026. Eaton cũng có bước phát triển vượt bậc trong cải tiến hệ thống 800 V DC nhờ máy biến áp thể rắn trung áp (SST) sẽ nằm ở trung tâm của hệ thống phân phối điện DC. Trong khi đó, Delta, đã phát hành các giá đỡ nguồn 660kW 800 V DC liên tiếp với tổng công suất 480 kW của bộ pin dự phòng tích hợp. Và SolarEdge đang nỗ lực nghiên cứu SST có hiệu suất 99%, kết hợp với UPS DC gốc và lớp phân phối nguồn DC.

Nhưng phần lớn ngành này còn kém xa. Patrick Hughes, phó chủ tịch cấp cao về chiến lược, kỹ thuật và công nghiệp của Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia, cho biết hầu hết sự đổi mới đang diễn ra ở cấp độ 400 V DC, mặc dù một số đang chuẩn bị ở mức 800 V DC. Ông tin rằng ngành này cần một hệ sinh thái phối hợp và hoàn chỉnh, bao gồm các thành phần điện tử công suất, bảo vệ, đầu nối, cảm biến và dịch vụ an toàn có thể mở rộng quy mô cùng nhau thay vì tách biệt. Ngược lại, điều đó đòi hỏi phải trang bị lại năng lực sản xuất cho các thiết bị dành riêng cho DC, mở rộng nguồn cung cấp vật liệu và chất bán dẫn cũng như các cam kết nhu cầu dài hạn, rõ ràng để biện minh cho khoản đầu tư vốn lớn trong toàn chuỗi giá trị.

“Nhiều công ty đang áp dụng cách tiếp cận thận trọng, đưa ra các giải pháp hạn chế hoặc phù hợp trong khi chờ đợi các tiêu chuẩn, khuôn khổ an toàn và cam kết khách hàng rõ ràng hơn,” Hughes cho biết. “Việc xây dựng chuỗi cung ứng sẽ xoay quanh việc ổn định các tiêu chuẩn và khuôn khổ an toàn để các nhà cung cấp có thể tự tin thiết kế, chứng nhận, sản xuất và lắp đặt thiết bị.”