يحتضن مركز البيانات DC تحول الطاقة بقوة 800 فولت

سلط مؤتمر Nvidia GTC الأسبوع الماضي الضوء على بنيات الرقائق الجديدة لتشغيل الذكاء الاصطناعي. ولكن بينما تصبح الرقائق أسرع وأكثر قوة، فإن ما تبقى من البنية التحتية لمركز البيانات يحاول اللحاق بالركب. يستجيب مجتمع توصيل الطاقة: عرضت إعلانات من Delta وVertiv وEaton تصميمات جديدة لعصر الذكاء الاصطناعي. يتم تدريجيًا استبدال تحويلات الطاقة المعقدة وغير الفعالة من التيار المتردد إلى التيار المستمر بتكوينات التيار المستمر، على الأقل في مراكز البيانات ذات الحجم الكبير.

يقول كريس طومسون، نائب رئيس التكنولوجيا المتقدمة والشبكات الصغيرة العالمية في Vertiv: “على الرغم من أن توزيع التيار المتردد لا يزال راسخًا بعمق، فإن التقدم في إلكترونيات الطاقة والطلبات المتزايدة على البنية التحتية للذكاء الاصطناعي تعمل على تسريع الاهتمام بمعماريات التيار المستمر”.

هيكل قوة مركز البيانات التقليدي

اليوم، تم تصميم جميع مراكز البيانات تقريبًا حول طاقة التيار المتردد. يتضمن المسار الكهربائي تحويلات متعددة قبل أن تصل الطاقة إلى حمل الحوسبة. تدخل الطاقة عادةً إلى مركز البيانات كتيار متردد متوسط ​​الجهد (1 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت)، ويتم تخفيضها إلى تيار متردد منخفض الجهد (480 فولت أو 415 فولت) باستخدام محول، ويتم تحويلها إلى تيار مستمر داخل مصدر طاقة غير منقطع (UPS) لتخزين البطارية، وتحويلها مرة أخرى إلى تيار متردد، وتحويلها مرة أخرى إلى تيار مستمر منخفض الجهد (عادةً 54 فولت تيار مستمر) على الخادم، مما يوفر شرائح حوسبة طاقة التيار المستمر التي تتطلبها فعليًا.

يقول لويز فرناندو هويت دي باسيلار، نائب رئيس الهندسة والتكنولوجيا في شركة إيتون: “تضمن عملية التحويل المزدوج أن يكون مخرج التيار المتردد نظيفًا ومستقرًا ومناسبًا لخوادم مراكز البيانات”.

لقد نجح هذا الإعداد بشكل جيد بما يكفي لتغطية كميات الطاقة التي تتطلبها مراكز البيانات التقليدية. تعتمد الرفوف الحسابية التقليدية لمركز البيانات على حوالي 10 كيلووات لكل منها. بالنسبة للذكاء الاصطناعي، بدأ هذا يقترب من 1 ميجاوات. وعلى هذا النطاق، يصبح من الصعب على نحو متزايد تبرير فقدان الطاقة، والمستويات الحالية، ومتطلبات النحاس لتحويلات التيار المتردد إلى التيار المستمر. كل تحويل يسبب بعض فقدان الطاقة. علاوة على ذلك، مع تزايد كمية الطاقة التي يجب توصيلها، يصبح الحجم الهائل للمحولات، وكذلك متطلبات موصل قضبان التوصيل النحاسية، غير مقبول. وفقًا لمدونة Nvidia، يوجد رف بقدرة 1 ميجاوات يمكن أن يتطلب ما يصل إلى 200 كجم من قضبان النحاس. بالنسبة لمركز بيانات بقدرة 1 جيجاوات، يمكن أن يصل إلى 200000 كجم من النحاس.

800 فولت، تيار مستمر

من خلال تحويل طاقة شبكة التيار المتردد بقدرة 13.8 كيلو فولت مباشرة إلى 800 فولت تيار مستمر في محيط مركز البيانات، يتم التخلص من معظم خطوات التحويل المتوسطة. يؤدي ذلك إلى تقليل عدد المراوح ووحدات إمداد الطاقة، ويؤدي إلى زيادة موثوقية النظام، وتقليل تبديد الحرارة، وتحسين كفاءة الطاقة، وتقليل حجم المعدات.

يقول فرناندو: “كل تحويل للطاقة بين الشبكة الكهربائية أو مصدر الطاقة ورقائق السيليكون الموجودة داخل الخوادم يسبب بعض فقدان الطاقة”.

يتيح التبديل من 415 فولت تيار متردد إلى 800 فولت تيار مستمر في التوزيع الكهربائي إمكانية نقل طاقة أكبر بنسبة 85% عبر نفس حجم الموصل. يحدث هذا لأن الجهد العالي يقلل الطلب الحالي، مما يقلل من خسائر المقاومة ويجعل نقل الطاقة أكثر كفاءة. يمكن للموصلات الأقل سمكًا التعامل مع نفس الحمل، مما يقلل متطلبات النحاس بنسبة 45%، وتحسين الكفاءة بنسبة 5%، وانخفاض إجمالي تكلفة الملكية بنسبة 30% للمنشآت ذات نطاق GW.

وقال طومسون من شركة Vertiv: “في بنية التيار المستمر عالي الجهد، يتم تحويل الطاقة من الشبكة من تيار متردد متوسط ​​الجهد إلى ما يقرب من 800 فولت تيار مستمر ثم يتم توزيعها في جميع أنحاء المنشأة على ناقل تيار مستمر”. “على الحامل، تعمل محولات DC-DC المدمجة على خفض هذا الجهد لوحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية.”

يزعم تقرير صادر عن مجموعة Omdia الاستشارية التكنولوجية أن مراكز بيانات التيار المستمر ذات الجهد العالي قد ظهرت بالفعل في الصين. في الأمريكتين، تعد مبادرة Mt. Diablo (تعاون بين Meta وMicrosoft وOpen Compute Project) بمثابة تجربة لتوزيع الطاقة على حامل تيار مستمر بجهد 400 فولت.

تحاول حفنة من البائعين المضي قدمًا في اللعبة. سيكون نظام Vertiv 800 V DC البيئي الذي يتكامل مع منصات NVIDIA Vera Rubin Ultra Kyber متاحًا تجاريًا في النصف الثاني من عام 2026. كما أن Eaton متقدمة جدًا في ابتكار أنظمة 800 V DC بفضل محول الحالة الصلبة متوسط ​​الجهد (SST) الذي سيقع في قلب نظام توزيع الطاقة DC. وفي الوقت نفسه، أصدرت شركة دلتا رفوف طاقة بقوة 800 فولت تيار مباشر بقدرة 660 كيلووات مع إجمالي 480 كيلووات من وحدات البطارية الاحتياطية المدمجة. وتعمل شركة SolarEdge جاهدة على توفير تقنية SST ذات كفاءة بنسبة 99% والتي سيتم إقرانها مع وحدة UPS أصلية تعمل بالتيار المستمر وطبقة توزيع طاقة التيار المستمر.

لكن الكثير من الصناعة متخلفة كثيرا. يقول باتريك هيوز، نائب الرئيس الأول للشؤون الاستراتيجية والفنية والصناعية في الرابطة الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية، إن معظم الابتكارات تحدث عند مستوى 400 فولت من التيار المستمر، على الرغم من أن البعض يقوم بإعداد 800 فولت من التيار المستمر. وهو يعتقد أن الصناعة تحتاج إلى نظام بيئي كامل ومنسق، بما في ذلك إلكترونيات الطاقة، والحماية، والموصلات، والاستشعار، ومكونات الخدمة الآمنة التي تتوسع معًا بدلاً من عزلها. ويتطلب هذا بدوره إعادة تجهيز القدرة التصنيعية للمعدات الخاصة بالعاصمة، وتوسيع المعروض من أشباه الموصلات والمواد، والالتزامات الواضحة الطويلة الأجل بالطلب والتي تبرر الاستثمار الرأسمالي الكبير عبر سلسلة القيمة.

وقال هيوز: “يتخذ الكثيرون نهجا حذرا، ويقدمون حلولا محدودة أو مكيفة بينما ينتظرون معايير أكثر وضوحا، وأطر السلامة، والتزامات العملاء”. “سيعتمد بناء سلسلة التوريد على استقرار المعايير وأطر السلامة حتى يتمكن الموردون من تصميم المعدات واعتمادها وتصنيعها وتركيبها بثقة.”