Центры обработки данных переходят с переменного тока на постоянный

На недавней конференции Nvidia GTC были представлены новые архитектуры микросхем для обеспечения работы систем искусственного интеллекта. Тем не менее по ходу того, как микросхемы становятся быстрее и мощнее, остальные компоненты инфраструктуры центров обработки данных отстают в развитии.

Производители систем электропитания — компании Delta, Vertiv и Eaton — представили новые решения, разработанные специально для эпохи искусственного интеллекта. Сложные и неэффективные преобразования переменного тока в постоянный постепенно заменяются конфигурациями на основе постоянного тока — по чрезвычайной мере, в гипермасштабных центрах обработки данных.

Сегодня почти все центры обработки данных спроектированы с учётом использования электроэнергии переменного тока от сети. В электрической цепи ток несколько раз преобразуется, прежде чем энергия достигнет непосредственно вычислительной нагрузки. Электроэнергия обычно поступает в центр обработки данных в виде переменного тока среднего напряжения (от 1 кВ до 35 кВ), понижается до переменного тока низкого напряжения (480 В или 415 В) с помощью трансформатора, преобразуется в постоянный ток внутри источника бесперебойного питания (ИБП) для накопления в аккумуляторах, снова преобразуется в переменный ток, а затем снова преобразуется в низковольтный постоянный ток (обычно 54 В) на сервере, обеспечивая питание постоянным током, которое реально требуется вычислительным чипам.

Такая модель вполне справлялась с потребностями в электроэнергии традиционных центров обработки данных. Вычислительные стойки в традиционных центрах обработки данных потребляют по 10 кВт каждая. Для систем искусственного интеллекта эта цифра начинает приближаться к 1 МВт. При таких масштабах энергетические потери, уровни тока и потребности в меди при преобразовании переменного тока в постоянный становится всё труднее оправдывать. Каждое преобразование сопровождается потерями энергии. Помимо этого, по мере роста объёма подаваемой мощности размеры преобразователей, а равным образом требования к соединителям и медным шинам становятся неприемлемыми. В соответствии с блогу Nvidia, для стойки мощностью 1 МВт может потребоваться до 200 кг медных шин. Для центра обработки данных мощностью 1 ГВт это может составить 200 000 кг меди.

Благодаря преобразованию сетевого переменного тока напряжением 13,8 кВ непосредственно в постоянный ток напряжением 800 В на периметре центра обработки данных устраняется большинство промежуточных этапов преобразования. Это позволяет сократить количество вентиляторов и блоков питания, что приводит к повышению надёжности системы, снижению тепловыделения, повышению энергоэффективности и уменьшению занимаемой площади оборудования.

Переход от 415 В переменного тока к 800 В постоянного тока в системах электрораспределения позволяет передавать на 85% больше энергии по проводам того же сечения. Это происходит потому, что более высокое напряжение снижает потребляемый ток, уменьшая резистивные потери и повышая эффективность передачи энергии. Провода меньшего сечения способны выдерживать ту же нагрузку, что позволяет сократить потребность в меди на 45 процентов, повысить производительность на 5% и снизить совокупную стоимость владения на 30% для объектов мощностью в гигаватты.

Сейчас производители оборудования активно соревнуются. Экосистема Vertiv на 800 В постоянного тока, интегрированная с платформами NVIDIA Vera Rubin Ultra Kyber, поступит в продажу во второй половине 2026 года. Организация Eaton равным образом значительно продвинулась в разработке инновационных систем на 800 В постоянного тока благодаря твердотельному трансформатору среднего напряжения (SST), который станет основой системы распределения постоянного тока. Тем временем организация Delta выпустила рядные силовые стойки на 660 кВт с напряжением 800 В постоянного тока, оснащённые встроенными резервными аккумуляторными блоками общей мощностью 480 кВт. А компания SolarEdge усердно работает над созданием SST с КПД 99 %, который будет сочетаться с собственным ИБП постоянного тока и уровнем распределения питания постоянного тока.