El crecimiento de la informática con IA está impulsando una nueva arquitectura energética del centro de datos

El rápido crecimiento de los modelos de IA a gran escala está cambiando fundamentalmente la infraestructura de los centros de datos. Los centros de datos tradicionales se diseñaron principalmente para el almacenamiento de datos y la informática en general, donde la potencia del rack de servidores normalmente se mantenía entre 5 y 10 kW. En estas condiciones, los sistemas de alimentación CC de bajo voltaje de 48 V/54 V eran suficientes.

Sin embargo, las cargas de trabajo de IA han introducido una nueva era de informática de alta densidad. Con el despliegue de plataformas GPU avanzadas, los servidores de IA exigen niveles de energía significativamente más altos, con densidades de rack que alcanzan cientos de kilovatios y se acercan a los requisitos de energía a escala de megavatios en las instalaciones informáticas de IA de próxima generación.

Este aumento en la densidad de potencia ha expuesto las limitaciones de los sistemas tradicionales de suministro de energía de bajo voltaje.

Según la relación eléctrica.P = V×I, una mayor demanda de energía requiere una mayor corriente cuando el voltaje permanece bajo. Dado que la pérdida de transmisión sigueP_pérdida = I²R, una corriente excesiva da como resultado una mayor generación de calor, conductores más grandes y mayores pérdidas de energía.

Para los racks de IA a escala de megavatios, las arquitecturas de bajo voltaje crean varios desafíos:

• Cables y barras colectoras sobredimensionados:Una corriente extremadamente alta requiere grandes secciones transversales de conductor, lo que aumenta el consumo de material, la dificultad de instalación y la carga estructural.
• Mayores pérdidas térmicas:Un gran flujo de corriente aumenta la pérdida de energía, creando requisitos de refrigeración adicionales y reduciendo la eficiencia general del centro de datos.
• Espacio de bastidor limitado:Múltiples etapas de conversión de energía ocupan un valioso espacio en el rack, lo que reduce el espacio para hardware informático de alto rendimiento.

Para superar estas limitaciones,Corriente continua de alto voltaje de 800 V (800 V HVDC)está surgiendo como una solución energética de próxima generación para los centros de datos de IA.

Al aumentar el voltaje de distribución, 800 V HVDC reduce significativamente los requisitos de corriente manteniendo la misma potencia de salida. Esto permite sistemas de suministro de energía más compactos, menores pérdidas eléctricas y una implementación de infraestructura de IA de mayor densidad.

Por qué 800 V HVDC se está convirtiendo en el estándar del futuro para la infraestructura de IA

La transición hacia 800V HVDC está respaldada por el desarrollo combinado de vehículos eléctricos, tecnologías avanzadas de semiconductores e infraestructura global de IA.

Cadena de suministro madura de alto voltaje a partir de aplicaciones de vehículos eléctricos

La industria automotriz ya ha acelerado la comercialización de sistemas de alto voltaje de 800V. Los principales fabricantes de vehículos eléctricos han desarrollado cadenas de suministro maduras que cubren:

• Componentes de potencia de alto voltaje;
• Conectores y terminales;
• Barras colectoras de cobre;
• Materiales aislantes;
• Soluciones de gestión térmica.

Estas tecnologías brindan una valiosa experiencia y capacidades de fabricación que pueden adaptarse a los sistemas de energía de los centros de datos de IA.

Las tecnologías SiC y GaN mejoran la eficiencia de la conversión de energía

El avance de las tecnologías de semiconductores de tercera generación, incluidos el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), respalda aún más la adopción de HVDC de 800 V.

En comparación con los dispositivos tradicionales basados ​​en silicio, los componentes de potencia de SiC ofrecen:

• Mayor eficiencia de conversión;
• Mejor rendimiento de alto voltaje;
• Tamaño de sistema más pequeño;
• Gestión térmica mejorada.

Estas ventajas permiten rectificadores, módulos de potencia y futuras soluciones de transformadores de estado sólido (SST) más compactos.

La infraestructura de IA avanza hacia la distribución de energía de alto voltaje

A medida que los clústeres de computación de IA continúan escalando, los operadores de centros de datos y proveedores de infraestructura están explorando arquitecturas de energía de mayor voltaje para soportar futuras plataformas de GPU.

800 V HVDC permite:

• Mayor densidad de potencia en rack;
• Etapas de conversión de energía reducidas;
• Distribución de energía más eficiente;
• Escalabilidad mejorada para grandes campus de informática de IA.

Evolución en tres etapas de la arquitectura del centro de datos HVDC de 800 V

La adopción de HVDC de 800 V evolucionará gradualmente, dependiendo de si las instalaciones están actualizando los sitios existentes o construyendo nuevos campus de IA.

1. Arquitectura de energía Sidecar: solución de actualización flexible

La arquitectura Sidecar es actualmente uno de los enfoques más prácticos para los centros de datos existentes.

Al mover las unidades de conversión de energía fuera del rack del servidor a gabinetes laterales dedicados, este diseño reduce la necesidad de una reconstrucción importante de las instalaciones y, al mismo tiempo, admite racks de IA de alta densidad.

Las ventajas clave incluyen:

• Implementación más rápida;
• Impacto mínimo en los diseños existentes;
• Soporte para cargas de trabajo de IA de alta potencia;
• Utilización mejorada del espacio en rack.

2. Distribución centralizada de 800 V CC a nivel de habitación

Para los centros de datos de IA recién construidos, se espera que la conversión de energía centralizada se convierta en el enfoque preferido.

En esta arquitectura, la energía CA se convierte en 800 VCC a nivel de habitación o instalación y se distribuye a través de sistemas de barras colectoras de CC de alto voltaje a bastidores individuales.

Los beneficios incluyen:

• Mayor eficiencia general;
• Pérdidas de conversión reducidas;
• Distribución de energía simplificada;
• Expansión más sencilla para clústeres de IA a gran escala.

3. Arquitectura basada en transformador de estado sólido (SST)

La futura evolución de HVDC de 800 V puede integrar la tecnología de transformadores de estado sólido basados ​​en SiC.

Al convertir directamente la energía CA de media tensión en 800 V CC, los sistemas SST pueden simplificar aún más la cadena eléctrica y reducir las etapas de conversión.

Los beneficios potenciales incluyen:

• Mayor eficiencia energética;
• Huella más pequeña;
• Menores costos operativos;
• Mayor flexibilidad para la futura expansión del centro de datos de IA.

Barras colectoras de cobre de alta potencia: el componente crítico en sistemas HVDC de 800 V

Aunque 800 V HVDC mejora la eficiencia de la transmisión de energía, la distribución confiable de alta corriente aún depende de soluciones de conductores avanzadas.

Desde gabinetes rectificadores centralizados y conductos de bus de CC hasta unidades de potencia Sidecar y suministro de energía de GPU a nivel de rack,barras colectoras de cobre de alto rendimientoson componentes esenciales a lo largo de toda la cadena de distribución de energía.

Para aplicaciones HVDC de 800 V, las barras colectoras de cobre deben cumplir varios requisitos exigentes:

Alta conductividad y capacidad de transporte de corriente

Los racks de IA a escala de megavatios todavía requieren un suministro de corriente extremadamente alto. Las barras colectoras de cobre deben proporcionar:

• Baja resistencia eléctrica;
• Alta capacidad de corriente;
• Disipación de calor eficiente;
• Operación confiable a largo plazo.

Protección de aislamiento de alto voltaje

En comparación con las aplicaciones tradicionales de bajo voltaje, los sistemas de 800 V requieren estándares de seguridad y aislamiento más estrictos.

Tecnologías avanzadas de aislamiento como:

• Revestimiento por inmersión de PVC;
• Recubrimiento en polvo epoxi;
• Aislamiento termorretráctil;
• Soluciones de aislamiento compuesto;

ayudan a mejorar la rigidez dieléctrica y reducen el riesgo de averías eléctricas.

Diseño personalizado para infraestructura compacta de IA

Las diferentes arquitecturas de energía de IA requieren diferentes estructuras de barras colectoras.

Mediante procesos de doblado, punzonado, laminación y soldadura de precisión, las barras colectoras de cobre personalizadas se pueden optimizar para:

• Sistemas de sidecar de 800 V;
• Distribución centralizada de bus DC;
• Bastidores de IA refrigerados por líquido;
• Futuras arquitecturas de energía basadas en SST.

Soluciones de barras colectoras de cobre personalizadas para infraestructura eléctrica de IA

Con amplia experiencia en soluciones de conexión eléctrica de alta tensión, RHI ofrece soluciones personalizadasbarras colectoras de cobre de alta potenciaDiseñado para aplicaciones HVDC de 800 V de próxima generación.

Aprovechando el cobre T2 de alta conductividad, el doblado 3D de precisión, la formación de extrusión y los procesos de aislamiento, incluido el recubrimiento por inmersión de PVC y el recubrimiento en polvo epoxi, RHI fabrica barras colectoras de cobre personalizadas diseñadas para aplicaciones exigentes de distribución de energía HVDC de 800 V que requieren:

• Transmisión de alta corriente;
• Instalación compacta;
• Rendimiento térmico;
• Seguridad del aislamiento de alta tensión.

Desde actualizaciones de centros de datos existentes que utilizan arquitecturas Sidecar hasta futuros campus de IA basados ​​en distribución centralizada de 800 V y tecnología SST, las barras colectoras de cobre personalizadas desempeñarán un papel fundamental en la construcción de una infraestructura informática de IA eficiente, escalable y confiable.