La crescita dell'informatica basata sull'intelligenza artificiale sta guidando una nuova architettura di alimentazione dei data center

La rapida crescita dei modelli di intelligenza artificiale su larga scala sta cambiando radicalmente l’infrastruttura dei data center. I data center tradizionali erano progettati principalmente per l'archiviazione dei dati e l'elaborazione generale, dove la potenza dei rack dei server rimaneva generalmente entro 5-10 kW. In queste condizioni, i sistemi di alimentazione CC a bassa tensione da 48 V/54 V erano sufficienti.

Tuttavia, i carichi di lavoro dell’intelligenza artificiale hanno introdotto una nuova era di elaborazione ad alta densità. Con l’implementazione di piattaforme GPU avanzate, i server AI richiedono livelli di potenza significativamente più elevati, con densità di rack che raggiungono centinaia di kilowatt e si avvicinano ai requisiti di potenza su scala megawatt nelle strutture di elaborazione AI di prossima generazione.

Questo aumento della densità di potenza ha messo in luce i limiti dei tradizionali sistemi di erogazione di energia a bassa tensione.

Secondo il rapporto elettricoP = V × I, una richiesta di potenza più elevata richiede una corrente più elevata quando la tensione rimane bassa. Poiché segue la perdita di trasmissioneP_perdita = I²R, una corrente eccessiva comporta una maggiore generazione di calore, conduttori più grandi e maggiori perdite di energia.

Per i rack AI su scala megawatt, le architetture a bassa tensione creano diverse sfide:

• Cavi e sbarre sovradimensionati:Una corrente estremamente elevata richiede grandi sezioni trasversali dei conduttori, aumentando il consumo di materiale, difficoltà di installazione e carico strutturale.
• Perdite termiche maggiori:Un flusso di corrente elevato aumenta la perdita di potenza, creando ulteriori requisiti di raffreddamento e riducendo l'efficienza complessiva del data center.
• Spazio limitato sul rack:Più stadi di conversione della potenza occupano spazio prezioso nel rack, riducendo lo spazio per l'hardware di elaborazione ad alte prestazioni.

Per superare queste limitazioni,Corrente continua ad alta tensione 800 V (800 V HVDC)sta emergendo come soluzione energetica di prossima generazione per i data center AI.

Aumentando la tensione di distribuzione, l'HVDC da 800 V riduce significativamente i requisiti di corrente mantenendo la stessa potenza in uscita. Ciò consente sistemi di erogazione dell’energia più compatti, perdite elettriche inferiori e implementazione di infrastrutture IA a densità più elevata.

Perché l'HVDC da 800 V sta diventando lo standard del futuro per le infrastrutture IA

La transizione verso l’HVDC a 800 V è supportata dallo sviluppo combinato di veicoli elettrici, tecnologie avanzate di semiconduttori e infrastrutture globali di intelligenza artificiale.

Catena di fornitura ad alta tensione matura dalle applicazioni per veicoli elettrici

L'industria automobilistica ha già accelerato la commercializzazione dei sistemi ad alta tensione da 800 V. I principali produttori di veicoli elettrici hanno sviluppato catene di fornitura mature che coprono:

• Componenti di potenza ad alta tensione;
• Connettori e terminali;
• Barre in rame;
• Materiali isolanti;
• Soluzioni per la gestione termica.

Queste tecnologie forniscono preziosa esperienza e capacità di produzione che possono essere adattate ai sistemi di alimentazione dei data center IA.

Le tecnologie SiC e GaN migliorano l'efficienza di conversione della potenza

Il progresso delle tecnologie dei semiconduttori di terza generazione, tra cui il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN), supporta ulteriormente l’adozione dell’HVDC a 800 V.

Rispetto ai tradizionali dispositivi basati su silicio, i componenti di potenza SiC offrono:

• Maggiore efficienza di conversione;
• Migliori prestazioni ad alta tensione;
• Dimensioni del sistema più piccole;
• Gestione termica migliorata.

Questi vantaggi consentono di realizzare raddrizzatori, moduli di potenza e future soluzioni di trasformatori a stato solido (SST) più compatti.

L’infrastruttura AI si sta muovendo verso la distribuzione dell’energia ad alta tensione

Mentre i cluster di elaborazione IA continuano a crescere, gli operatori dei data center e i fornitori di infrastrutture stanno esplorando architetture di alimentazione ad alta tensione per supportare le future piattaforme GPU.

L'HVDC da 800 V consente:

• Maggiore densità di potenza del rack;
• Stadi di conversione di potenza ridotti;
• Distribuzione più efficiente dell’energia;
• Scalabilità migliorata per grandi campus di elaborazione IA.

Evoluzione in tre fasi dell'architettura del data center HVDC da 800 V

L’adozione dell’HVDC da 800 V evolverà gradualmente, a seconda che le strutture stiano aggiornando i siti esistenti o costruendo nuovi campus AI.

1. Architettura di alimentazione Sidecar: soluzione di aggiornamento flessibile

L'architettura Sidecar è attualmente uno degli approcci più pratici per i data center esistenti.

Spostando le unità di conversione dell'alimentazione all'esterno del rack del server in armadi dedicati montati lateralmente, questo design riduce la necessità di importanti ricostruzioni della struttura supportando al tempo stesso rack AI ad alta densità.

I principali vantaggi includono:

• Distribuzione più rapida;
• Impatto minimo sui layout esistenti;
• Supporto per carichi di lavoro IA ad alta potenza;
• Miglioramento dell'utilizzo dello spazio rack.

2. Distribuzione centralizzata da 800 V CC a livello di stanza

Per i data center IA di nuova costruzione, si prevede che la conversione energetica centralizzata diventerà l’approccio preferito.

In questa architettura, l'alimentazione CA viene convertita in 800 V CC a livello di stanza o struttura e distribuita tramite sistemi di sbarre CC ad alta tensione ai singoli rack.

I vantaggi includono:

• Maggiore efficienza complessiva;
• Perdite di conversione ridotte;
• Distribuzione dell'energia semplificata;
• Espansione più semplice per cluster AI su larga scala.

3. Architettura basata su trasformatori a stato solido (SST).

La futura evoluzione dell'HVDC da 800 V potrebbe integrare la tecnologia dei trasformatori a stato solido basata su SiC.

Convertendo direttamente l'alimentazione CA a media tensione in 800 V CC, i sistemi SST possono semplificare ulteriormente la catena di alimentazione e ridurre le fasi di conversione.

I potenziali vantaggi includono:

• Maggiore efficienza energetica;
• Ingombro ridotto;
• Costi operativi inferiori;
• Maggiore flessibilità per la futura espansione del data center AI.

Sbarre collettrici in rame ad alta potenza: il componente critico nei sistemi HVDC da 800 V

Sebbene l’HVDC da 800 V migliori l’efficienza della trasmissione di potenza, l’affidabilità della distribuzione ad alta corrente dipende ancora da soluzioni di conduttori avanzati.

Dagli armadi raddrizzatori centralizzati e busway CC alle unità di alimentazione Sidecar e all'erogazione di potenza GPU a livello di rack,sbarre in rame ad alte prestazionisono componenti essenziali lungo l’intera catena di distribuzione dell’energia.

Per le applicazioni HVDC da 800 V, le sbarre in rame devono soddisfare diversi requisiti impegnativi:

Elevata conduttività e capacità di trasporto di corrente

I rack AI su scala megawatt richiedono ancora un'erogazione di corrente estremamente elevata. Le sbarre in rame devono fornire:

• Bassa resistenza elettrica;
• Elevata capacità di corrente;
• Dissipazione efficiente del calore;
• Funzionamento affidabile a lungo termine.

Protezione dell'isolamento ad alta tensione

Rispetto alle tradizionali applicazioni a bassa tensione, i sistemi a 800 V richiedono standard di isolamento e sicurezza più severi.

Tecnologie di isolamento avanzate come:

• Rivestimento in PVC per immersione;
• Verniciatura a polvere epossidica;
• Isolanti termoretraibili;
• Soluzioni di isolamento composito;

contribuire a migliorare la rigidità dielettrica e ridurre il rischio di guasti elettrici.

Progettazione personalizzata per un'infrastruttura AI compatta

Diverse architetture di alimentazione AI richiedono strutture di sbarre diverse.

Attraverso processi di piegatura, punzonatura, laminazione e saldatura di precisione, le sbarre in rame personalizzate possono essere ottimizzate per:

• Sistemi Sidecar 800V;
• Distribuzione centralizzata del bus DC;
• Rack AI raffreddati a liquido;
• Future architetture di alimentazione basate su SST.

Soluzioni personalizzate di sbarre in rame per infrastrutture di alimentazione AI

Con una vasta esperienza nelle soluzioni di connessione elettrica ad alta tensione, RHI fornisce soluzioni personalizzatesbarre in rame ad alta potenzaprogettato per applicazioni HVDC da 800 V di prossima generazione.

Sfruttando il rame T2 ad alta conduttività, i processi di piegatura 3D di precisione, formatura per estrusione e isolamento, tra cui rivestimento in PVC per immersione e rivestimento in polvere epossidica, RHI produce sbarre in rame personalizzate progettate per applicazioni impegnative di distribuzione di energia HVDC da 800 V che richiedono:

• Trasmissione ad alta corrente;
• Installazione compatta;
• Prestazioni termiche;
• Sicurezza dell'isolamento ad alta tensione.

Dagli aggiornamenti dei data center esistenti che utilizzano architetture Sidecar ai futuri campus AI basati sulla distribuzione centralizzata a 800 V e sulla tecnologia SST, le sbarre in rame personalizzate svolgeranno un ruolo fondamentale nella costruzione di un'infrastruttura informatica AI efficiente, scalabile e affidabile.