800V HVDC AI Data Center Power Architecture: GaN, SiC, SST e distribuzione di energia da rete a chip

L’infrastruttura AI non è più vincolata solo dalla disponibilità del processore. Poiché la potenza della GPU aumenta da centinaia di watt per dispositivo e la potenza del rack supera i 100 kW, il sistema elettrico dietro l'hardware informatico diventa un importante vincolo ingegneristico.

La sfida non è semplicemente generare più elettricità. L'energia deve essere trasformata, protetta, distribuita, convertita e regolata su diversi livelli di tensione prima che raggiunga i core GPU che funzionano a tensioni molto basse e correnti estremamente elevate. Ogni fase introduce perdite, carico termico, volume delle apparecchiature, requisiti di protezione e potenziali problemi di affidabilità.

Ciò sta portando a una riconsiderazione più ampiaArchitettura di alimentazione del data center AI. La distribuzione CA tradizionale, i bus rack da 48 V, gli scaffali di alimentazione e l'erogazione di energia a livello di scheda vengono valutati insieme alla corrente continua ad alta tensione da 800 V, ai trasformatori a stato solido, ai semiconduttori ad ampio gap di banda e all'erogazione di energia verticale.

È improbabile che il risultato sia un’architettura sostitutiva universale. Possono coesistere approcci diversi in base alla scala della struttura, alla densità dei rack, alla maturità dell'implementazione, ai requisiti di sicurezza e alla compatibilità con l'infrastruttura esistente.

Perché l'architettura di alimentazione dei data center AI sta cambiando

Crescita della potenza della GPU e rack AI da 100 kW

I server AI combinano GPU o altri acceleratori con memoria a larghezza di banda elevata, dispositivi di rete, storage e hardware di raffreddamento. Un singolo acceleratore può consumare centinaia di watt, mentre il carico complessivo di un rack AI può superare i 100 kW.

Con l’aumento della potenza dei rack, la distribuzione dell’energia attraverso bus a bassa tensione diventa più difficile. Per un dato livello di potenza, la corrente aumenta al diminuire della tensione:

P=V×IO

Un carico da 100 kW alimentato tramite un bus di classe 50 V richiede circa venti volte la corrente dello stesso carico alimentato a 1.000 V. I sistemi reali includono perdite di conversione, tolleranze di tensione e condizioni operative dinamiche, ma la relazione illustra perché sbarre collettrici, cavi, connettori e dispositivi di protezione diventano più difficili da adattare a correnti molto elevate.

Anche la perdita resistiva aumenta con il quadrato della corrente:

Pperdita​=IO²R

L’aumento della tensione di distribuzione non crea automaticamente un sistema energetico efficiente. Tuttavia, riduce la corrente necessaria per trasferire una determinata quantità di potenza. Ciò rende l'architettura della tensione una variabile di progettazione sempre più importante poiché la potenza del rack cresce più rapidamente delle dimensioni dei conduttori, dello spazio delle apparecchiature e della capacità di raffreddamento.

Dall'alimentazione a livello di rack alle strutture su scala GW

La densità di potenza del rack e la capacità totale della struttura sono problemi tecnici correlati ma separati.

Un rack ad alta densità esercita pressione sulle sbarre collettrici locali, sui connettori, sui convertitori, sui sistemi di raffreddamento e sulle prestazioni di risposta ai transitori. Una grande struttura deve anche gestire l’interconnessione dei servizi pubblici, i trasformatori, i quadri elettrici, l’energia di backup, la ridondanza della distribuzione e le perdite cumulative di migliaia di nodi informatici.

I futuri impianti di intelligenza artificiale potrebbero orientarsi verso una domanda elettrica su scala gigawatt, ma questo rimane uno sviluppo direzionale piuttosto che una condizione universale. Non tutti i data center richiederanno la stessa capacità della struttura e non tutti i siti ad alta potenza adotteranno la stessa architettura elettrica.

La progettazione della potenza deve quindi essere considerata a più livelli:

• Input di utilità e struttura

• Distribuzione in sala dati o in fila

• Conversione a livello di rack

• Distribuzione server e schede

• Regolazione a livello di pacchetto

• Consegna finale del core del processore

Perché l'erogazione di energia diventa un vincolo a livello di sistema

L’aumento della densità di elaborazione influisce molto di più della potenza nominale dell’alimentatore di un server.

Modifica la corrente del conduttore, i rapporti di conversione, il coordinamento della protezione, i requisiti di raffreddamento, il posizionamento dell'energia di riserva, il layout del rack, le procedure di manutenzione e lo spazio fisico disponibile per le apparecchiature informatiche.

Un dispositivo a semiconduttore altamente efficiente non può compensare una catena elettrica complessiva inefficiente. La rimozione di uno stadio di conversione può anche creare nuovi requisiti per l'isolamento, la conversione CC/CC ad alto rapporto, l'interruzione per guasto o la qualificazione dei componenti in altre parti del sistema.

La potenza del data center AI deve quindi essere valutata dalla rete al chip, piuttosto che convertitore per convertitore.

Cos'è l'HVDC da 800 V in un data center AI?

L'HVDC da 800 V in un data center AI è uno strato di distribuzione di corrente continua ad alta tensione che trasferisce l'energia dalle apparecchiature di conversione della struttura a monte ai convertitori rack o server a valle. Riduce la corrente richiesta per la distribuzione ad alta potenza ma non è la tensione finale fornita direttamente a GPU, memoria o core del processore.

La posizione dell'HVDC da 800 V nella catena elettrica dalla rete al chip

Un bus CC da 800 V si trova tra il sistema di conversione lato struttura e i carichi di elaborazione a bassa tensione. La sua funzione è quella di spostare una notevole potenza attraverso la sala dati, la fila di apparecchiature, il sidecar o il rack senza richiedere la corrente estrema associata alla distribuzione di classe 48 V allo stesso livello di potenza.

Le architetture di riferimento del settore emergente mostrano diverse possibili implementazioni.

Un percorso converte la CA in 800 V CC a livello centrale e distribuisce l'alimentazione CC ad alta tensione verso i rack informatici. Un altro utilizza un sidecar vicino a uno o più rack per convertire l'alimentazione CA della struttura esistente in 800 V CC. Un'architettura successiva può combinare ingresso a media tensione, isolamento e uscita CC ad alta tensione attraverso un trasformatore a stato solido.

Si tratta di disposizioni alternative o transitorie, non di una topologia obbligatoria.

La conversione a valle resta necessaria. L'ingresso da 800 V può essere convertito in 48 V o un'altra tensione intermedia, ridotto tramite un convertitore ad alto rapporto o elaborato attraverso diverse fasi prima di raggiungere i regolatori a livello di scheda e pacchetto.

Cosa cambia l'HVDC da 800 V e cosa no

Il principale effetto elettrico dell'aumento della tensione di distribuzione è una riduzione della corrente a parità di potenza trasferita. Ciò può ridurre il carico attuale su cavi, sbarre collettrici, connettori e apparecchiature di distribuzione.

Tuttavia, l'HVDC da 800 V non elimina la necessità di:

• Isolamento galvanico dove richiesto

• Conversione di potenza a livello di rack o vassoio

• Regolazione della tensione del processore

• Integrazione dell'alimentazione di backup

• Controllo di spunto e hot-swap

• Rilevamento e interruzione dei guasti

• Gestione termica

• Pianificazione della ridondanza e della manutenzione

Inoltre, non significa che 800 V vengano forniti direttamente a un acceleratore. I core del processore richiedono un'alimentazione strettamente controllata, a bassa tensione e ad alta corrente vicino al carico.

Dalla distribuzione AC tradizionale alla DC ad alta tensione

Distribuzione di alimentazione tradizionale AC vs 800 V HVDC

Il percorso di alimentazione convenzionale CA-carico

Un data center convenzionale generalmente distribuisce la corrente alternata nella struttura prima di convertirla in corrente continua vicino o all'interno del rack. La potenza CC risultante può quindi passare attraverso un bus rack di classe 48 V, convertitori intermedi a livello di scheda e regolatori del punto di carico.

Questa architettura è matura e funziona con quadri elettrici, sistemi UPS, alimentatori, procedure operative e pratiche di servizio consolidati. I suoi limiti diventano più visibili con l'aumentare della potenza del rack e con la necessità di gestire correnti maggiori all'interno del rack.

Un'architettura orientata all'HVDC da 800 V sposta parte della conversione CA/CC a monte o all'esterno del rack di elaborazione. La corrente continua ad alta tensione viene quindi distribuita più vicino alle apparecchiature informatiche prima che avvenga la necessaria conversione step-down.

Potenziali effetti architettonici della distribuzione CC ad alta tensione

Il passaggio a una tensione di distribuzione CC più elevata può consentire il passaggio di una maggiore potenza attraverso un'area pratica del conduttore. Potrebbe anche ridurre la quantità di grandi infrastrutture di sbarre ad alta corrente necessarie attorno ai rack ad alta densità.

La rimozione delle fasi di conversione selezionate può migliorare l'efficienza del sistema, ma il risultato dipende dall'architettura completa. Una valutazione utile deve includere:

• Rettifica dell'impianto

• Fasi di isolamento

• Distribuzione ad alta tensione

• Conversione del rack

• Autobus intermedi

• Regolazione del punto di carico

• Potenza ausiliaria

• Energia di raffreddamento

• Perdite dei dispositivi di protezione

• Percorsi operativi ridondanti

• Conversione dell'energia di riserva

Le affermazioni su efficienza, riduzione del rame, risparmio di raffreddamento o costo totale non possono essere generalizzate senza limiti di sistema, profili di carico e condizioni operative coerenti.

Sfide di protezione DC, isolamento e gestione dei guasti

La CC ad alta tensione richiede dispositivi di interruzione e schemi di protezione appositamente progettati per condizioni di guasto CC, servizio di isolamento ed energia dell'arco sostenuto.

Un sistema da 800 V necessita quindi di una protezione coordinata su più confini. A seconda dell'architettura, questi possono includere la centrale elettrica, il pannello di distribuzione, il sidecar, l'ingresso del rack, il vassoio di calcolo e l'ingresso del convertitore.

Le funzioni di protezione possono comportare:

• Fusibili DC

• Scollegare i dispositivi

• Interruttori automatici

• Protezione allo stato solido

• Circuiti di precarica

• Controllo dello spunto

• Monitoraggio della tensione

• Monitoraggio dell'isolamento

• Controllo hot-swap

I riferimenti tecnici rilevanti includonoCEI 62477-1per la sicurezza dei sistemi di conversione elettronica di potenza eCEI 60947-2per gli interruttori automatici.Servizi di certificazione degli interruttori automatici di UL Solutionsincludono anche categorie relative alle tecnologie degli interruttori CC e allo stato solido ad alta tensione.

Questi riferimenti devono essere applicati in base alla categoria dell'apparecchiatura, al confine di installazione, alla giurisdizione e alla progettazione del sistema finale. Non costituiscono un elenco di controllo di conformità completo per ogni data center da 800 V.

Come i trasformatori a stato solido si inseriscono nell'architettura

Il ruolo funzionale di un SST

UNtrasformatore a stato solido, o SST, combina le funzioni del trasformatore con la conversione elettronica di potenza controllata attivamente.

UNRevisione IEEE delle tecnologie dei trasformatori a stato solidodescrive gli SST come sistemi che integrano le funzioni del trasformatore con convertitori elettronici di potenza e circuiti di controllo. A seconda della topologia, un SST può fornire conversione di tensione, isolamento galvanico, conversione CA/CC, monitoraggio e flusso di potenza controllato.

In un data center AI, un SST potrebbe collegare una sorgente CA a media tensione a un bus di distribuzione CC ad alta tensione. Ciò potrebbe consolidare diversi stadi convenzionali in un sistema elettronico di potenza modulare.

Uno SST non è l'unico modo per creare un bus CC da 800 V. Possono essere utilizzati anche trasformatori e raddrizzatori convenzionali, sistemi di conversione centralizzati e convertitori basati su sidecar.

L'architettura appropriata dipende da:

• Tensione in ingresso

• Requisiti di isolamento

• Potenza nominale

• Modello di ridondanza

• Disposizione della struttura

• Strategia di protezione

• Approccio manutentivo

Architettura ISOP: serie di input, parallelo di output

ISOPsignifica input-serie, output-parallelo.

In questa configurazione, gli ingressi del modulo convertitore sono collegati in serie in modo che i moduli condividano l'elevata tensione di ingresso. Le loro uscite sono collegate in parallelo in modo che si combinino per fornire una corrente di uscita maggiore.

Ricerca IEEE sul controllo del convertitore ISOPindividua due requisiti centrali:

• Condivisione della tensione di ingresso tra moduli collegati in serie

• Condivisione della corrente di uscita tra moduli collegati in parallelo

Caratteristiche diverse dei componenti, condizioni termiche, ritardi di commutazione e condizioni di carico possono disturbare queste relazioni di condivisione. Il sistema di controllo deve impedire a un modulo di trasportare tensione o corrente eccessiva.

Uno schema ISOP a sei moduli rappresenta una possibile configurazione, non un requisito SST universale. Il numero dei moduli dipende dalla tensione nominale del dispositivo, dalla tensione di ingresso del sistema, dal rapporto di conversione, dalla progettazione dell'isolamento, dalla potenza totale, dalla ridondanza e dalla topologia del convertitore.

Architettura modulare SST e ISOP

Compromessi ingegneristici SST

Gli SST possono supportare la conversione modulare, il controllo attivo, l'isolamento ad alta frequenza e l'integrazione diretta con un bus di distribuzione CC. Questi potenziali vantaggi devono essere bilanciati con la complessità aggiuntiva.

I trasformatori di frequenza di linea convenzionali rimangono maturi, robusti e relativamente semplici. Un SST dovrebbe quindi essere valutato come un’opzione a livello di sistema piuttosto che come una sostituzione automaticamente superiore.

Ruoli GaN e SiC nella conversione di potenza dei data center AI

Perché i dispositivi ad ampio gap di banda sono importanti

Il nitruro di gallio e il carburo di silicio sono tecnologie di semiconduttori ad ampio gap di banda utilizzate nella conversione di potenza ad alte prestazioni.

La loro idoneità dipende da:

• Sollecitazione di tensione

• Livello di potenza

• Topologia di commutazione

• Frequenza di commutazione

• Condizioni termiche

• Confezione

• Protezione

• Metodo di controllo

• Costo del sistema

GaN e SiC sono meglio trattati come tecnologie complementari. Il loro valore dipende da dove sono posizionati nella catena di alimentazione e da come è progettato il convertitore circostante.

Dove il GaN può inserirsi nella catena elettrica

Il GaN viene spesso preso in considerazione laddove l'elevata frequenza di commutazione, gli stadi di conversione compatti e l'elevata densità di potenza sono priorità.

• Alimentatori per server

• Convertitori bus intermedi

• Fasi del punto di carico

• Convertitori DC/DC selezionati ad alto rapporto

La sua idoneità pratica dipende dal margine di tensione, dal design del pacchetto, dal percorso termico, dalla topologia del convertitore, dalle condizioni transitorie e dalla strategia di protezione.

L'applicazione più potente non può essere definita da una tensione universale o da una soglia di potenza. Un dispositivo GaN può essere altamente efficace in una topologia e meno adatto in un'altra con requisiti di isolamento, termici o di guasto diversi.

Dove il SiC può inserirsi nella catena elettrica

Il SiC è spesso considerato per stadi ad alta tensione o potenza più elevata, tra cui:

• Rettifica front-end

• Conversione CC ad alta tensione

• Elementi costitutivi dell'SST

• Elettronica di potenza rivolta all'impianto

• Convertitori ad alta tensione posizionati su rack

La sua capacità di tensione e le caratteristiche termiche possono supportare fasi di conversione impegnative, ma la capacità del dispositivo da sola non determina le prestazioni del sistema. Il controllo del gate, il raffreddamento, la progettazione magnetica, l'energia di guasto, la topologia del convertitore e i costi rimangono importanti.

Le architetture ibride possono utilizzare silicio, SiC e GaN in diversi stadi a seconda della funzione di ciascun convertitore.

GaN vs SiC: confini della selezione

Ruoli GaN e SiC nella catena di alimentazione dei data center AI

Il ruolo del bus intermedio 48V

Perché esistono 48 V tra la distribuzione ad alta tensione e il chip

Un bus intermedio da 48 V fornisce un collegamento pratico tra la distribuzione a livello di rack e la scheda a basso voltaggio o i regolatori del processore.

ILSpecifiche Open Rack V3 di Open Compute Projectincludono un ecosistema di alimentazione rack da 48 V. Ciò fornisce un esempio consolidato di distribuzione dell'alimentazione a 48 V a livello di rack e conversione del server downstream.

In un'architettura da 800 V, un percorso possibile è:

800VDC→48VDC→conversione intermedia o del punto di carico

Questo approccio può preservare i componenti downstream esistenti e l'infrastruttura di alimentazione a livello di rack modificando al contempo il livello di distribuzione upstream.

L'HVDC da 800 V sostituirà il bus da 48 V?

Percorsi dell'architettura da 800 V al carico

Non necessariamente.

I due livelli di tensione svolgono funzioni diverse. Un bus da 800 V trasporta elevata potenza con corrente inferiore. Un bus da 48 V fornisce uno strato di distribuzione a tensione inferiore più vicino alle schede server e ai regolatori del processore.

Alcune architetture potrebbero mantenere 48 V per ridurre il rischio di migrazione e riutilizzare i componenti consolidati. Altri potrebbero bypassarlo tramite un convertitore da 800 V ad alto rapporto, introdurre una diversa tensione intermedia o utilizzare un percorso multistadio posizionato più vicino al processore.

La scelta dipende da:

• Efficienza di conversione

• Risposta transitoria

• Isolamento

• Protezione

• Disponibilità dei componenti

• Zona consiglio

• Raffreddamento

• Facilità di manutenzione

La transizione è meglio intesa come una riprogettazione degli strati di tensione che come una semplice sostituzione di 48 V con 800 V.

Erogazione di potenza verticale e il passo finale verso il chip

Cosa significa erogazione di potenza verticale

Letteratura tecnica del progetto Open Computee la ricerca IEEE descrivonoerogazione di potenza verticale, o VPD, come approccio a livello di scheda o pacchetto che posiziona la conversione di potenza al di sotto o strettamente allineata con un carico del processore ad alta corrente.

Invece di spostare lateralmente una corrente molto elevata lungo il lungo percorso della scheda madre, uno stadio convertitore o moltiplicatore di corrente viene posizionato sul lato opposto della scheda o sotto il package del processore. L'alimentazione quindi viaggia attraverso un percorso verticale più breve utilizzando via e connessioni del pacchetto.

L’obiettivo è ridurre:

• Resistenza alla distribuzione di potenza

• Impedenza parassita

• Caduta di tensione

• Congestione della scheda vicino al processore

VPD può utilizzare convertitori discreti, moduli integrati, packaging avanzato, componenti passivi integrati o conversione multistadio.

Si tratta di una tecnologia downstream a livello di scheda o pacchetto, non di un nome alternativo per la distribuzione a 800 V a livello di struttura.

Il VPD non è la stessa cosa dell'erogazione di potenza sul retro all'interno di un chip

Erogazione di potenza verticale vs Erogazione di potenza posteriore

Le reti VPD a livello di pacchetto e le reti di alimentazione sul retro dei semiconduttori condividono l'obiettivo di abbreviare il percorso di alimentazione, ma operano a livelli fisici diversi.

Nell'architettura server-power, VPD si riferisce solitamente al posizionamento dell'hardware di conversione della tensione sotto il processore o sul retro della scheda madre.

Al contrario,spiegazione di imec sull'erogazione di potenza sul retrodescrive un'architettura a semiconduttore on-die in cui il routing dell'alimentazione viene spostato dallo stack di interconnessione del segnale sul lato anteriore e verso la parte posteriore del silicio.

Un concetto riguarda la conversione di potenza a livello di scheda e pacchetto. L'altro riguarda la rete di alimentazione interna del die del semiconduttore.

Trattarli come identici oscurerebbe importanti differenze nella produzione, integrazione e responsabilità di progettazione.

Vincoli per l'adozione di VPD

L'erogazione di potenza verticale può abbreviare il percorso ad alta corrente, ma introduce vincoli meccanici, termici e di confezionamento.

Importanti considerazioni sulla progettazione includono:

• Altezza del modulo e gioco meccanico

• Requisiti di imballaggio avanzati

• Componenti magnetici e passivi integrati

• Parassiti del convertitore-carico

• Condivisione corrente

• Risposta transitoria del carico

• Interazione percorso termico

• Instradamento del segnale e della memoria attorno al pacchetto

Il VPD fa quindi parte di una più ampia riprogettazione grid-to-chip, ma non elimina la necessità di decisioni architetturali a monte.

Mappatura della catena elettrica completa dalla rete al chip

Catena completa di distribuzione dell'energia dalla rete al chip

Il percorso di alimentazione può essere organizzato in livelli funzionali. Le implementazioni effettive possono combinare, omettere o riposizionare singole fasi.

Non esiste una singola tecnologia dei semiconduttori in ogni strato. Nessun singolo livello di tensione risolve ogni problema di distribuzione e regolazione.

L'architettura deve coordinare il trasporto ad alta tensione con una conversione progressivamente a tensione più bassa e corrente più elevata man mano che la potenza si avvicina al processore.

Compromessi ingegneristici di un data center AI HVDC da 800 V

Efficienza e compromessi nella fase di conversione

La riduzione della corrente e l'eliminazione della conversione ridondante possono migliorare l'efficienza, ma solo quando gli stadi di sostituzione funzionano in modo efficace sul profilo di carico reale.

Un confronto significativo deve definire:

• Confini di input e output

• Numero di fasi di conversione attive

• Comportamento a carico parziale

• Raffreddamento e consumi ausiliari

• Operazione con percorso ridondante

• Conversione dell'alimentazione di backup

• Perdite nei cavi e nelle sbarre

• Perdite dei dispositivi di protezione

L'efficienza di picco di un transistor, convertitore o progetto di riferimento non equivale all'efficienza dell'intera catena di alimentazione del data center. È necessaria una valutazione end-to-end.

Densità di potenza, cablaggio e progettazione termica

Una tensione più elevata può ridurre la corrente di distribuzione, consentendo potenzialmente conduttori più piccoli o più potenza attraverso lo stesso spazio conduttore.

Tuttavia, una tensione più elevata richiede anche:

• Creep e clearance

• Isolamento

• Connettori

• Recinzioni

• Rilevamento

• Isolamento

• Dispositivi di protezione

Il calore del convertitore potrebbe diventare più concentrato se l'elettronica di potenza viene spostata in sidecar, unità rack o moduli SST compatti.

L’obiettivo non è semplicemente ridurre al minimo il rame. Serve a bilanciare il volume del conduttore, l'hardware di conversione, il raffreddamento, la protezione, lo spazio di manutenzione e la densità di calcolo.

Affidabilità, ridondanza e manutenibilità

Un'architettura modulare può supportare l'isolamento dei guasti e la sostituzione a livello di modulo, ma può anche introdurre più convertitori, sensori, controller, interfacce e dipendenze di controllo.

L’analisi dell’affidabilità dovrebbe distinguere tra:

• Affidabilità dei dispositivi a semiconduttore

• Affidabilità del modulo convertitore

• Affidabilità del sistema di controllo

• Affidabilità meccanica e del connettore

• Dipendenza dal sistema di raffreddamento

• Ridondanza a livello di sistema

• Tempo di riparazione

• Disponibilità pezzi di ricambio

Un sistema con un'elevata efficienza dei componenti può comunque essere debole dal punto di vista operativo se è difficile da isolare, sostituire, testare o ripristinare dopo un guasto.

Costo, standardizzazione e maturità della distribuzione

L’ecosistema 800V richiede ancora l’allineamento tra:

• Finestre di tensione

• Interfacce del connettore

• Pratiche di protezione

• Procedure di manutenzione

• Interoperabilità delle apparecchiature

ILAprire il sottoprogetto di distribuzione dell'alimentazione del progetto di calcolofornisce un forum collaborativo per lo sviluppo di architetture di distribuzione CC ad alta tensione e pratiche comuni del settore.

Questo lavoro ecosistemico non deve essere confuso con una base installata completamente uniforme.

La valutazione dei costi deve includere qualcosa di più dei prezzi del convertitore. Dovrebbe inoltre tenere conto di:

• Modifiche alla struttura

• Conduttori e blindosbarre

• Dispositivi di protezione

• Raffreddamento

• Messa in servizio

• Formazione del personale

• Pezzi di ricambio

• Rischio di inattività

• Espansione futura

La fattibilità tecnica è solo una parte della preparazione alla distribuzione.

Come gli ingegneri dovrebbero valutare le future architetture di potenza dell'intelligenza artificiale

Definire prima l'inviluppo di potenza

Inizia con il carico di lavoro e i requisiti della struttura anziché selezionare la tecnologia preferita.

Determinare:

• Potenza iniziale del rack

• Espansione prevista

• Comportamento del carico dell'acceleratore

• Requisito di ridondanza

• Capacità di utilità disponibile

• Capacità di raffreddamento

• Durata del backup

• Vincoli fisici dei rack e delle sale dati

Valuta l'intera catena di conversione

Mappa ogni fase di conversione e distribuzione dall'input della struttura al core del processore.

Per ogni fase registrare:

• Tensione di ingresso e di uscita

• Carico nominale e tipico

• Efficienza in tutto l'intervallo di carico

• Confine di isolamento

• Metodo di eliminazione dei guasti

• Percorso termale

• Ridondanza

• Accesso per manutenzione

• Monitoraggio e controllo

Separare le prestazioni dei componenti dalle prestazioni del sistema

Non selezionare un'architettura perché un convertitore GaN, SiC, SST o CC/CC dimostra un ottimo risultato di laboratorio.

Determina se il risultato si applica allo stesso:

• Voltaggio

• Carico

• Condizioni di raffreddamento

• Frequenza di commutazione

• Condizione di ridondanza

• Confine del sistema

Un vantaggio a livello di componente diventa prezioso solo quando migliora l’intero sistema di alimentazione.

Quadro di valutazione ingegneristica per HVDC da 800 V

Verificare la sicurezza, gli standard e la prontezza operativa

L'HVDC da 800 V è il futuro di ogni data center AI?

Dove l'architettura è più rilevante

L'HVDC da 800 V è particolarmente rilevante laddove la potenza del rack è sufficientemente elevata da rendere fisicamente difficile o economicamente poco attraente la distribuzione a bassa tensione e ad alta corrente.

Ciò probabilmente includerà:

• Grandi cluster di formazione sull’intelligenza artificiale

• Sistemi acceleratori densi

• Strutture informatiche ad alta potenza

• Nuovi data center progettati in base alla futura crescita della densità dei rack

I siti più piccoli, i sistemi di inferenza a densità inferiore, i data center aziendali convenzionali e le strutture esistenti potrebbero non ricevere gli stessi vantaggi. Le infrastrutture AC installate e le procedure operative possono favorire architetture consolidate.

Perché possono coesistere più architetture di alimentazione

Il passaggio all’HVDC da 800 V non è un singolo evento. Si tratta di una riorganizzazione graduale delle fasi di conversione e distribuzione del potere.

Alcune strutture potrebbero mantenere la distribuzione AC convenzionale. Altri potrebbero introdurre sidecar da 800 V. Le nuove costruzioni possono utilizzare CC centralizzata ad alta tensione. Le installazioni future potrebbero integrare SST, bus intermedi alternativi e fornitura di energia verticale.

La scelta corretta dipende da:

• Scala della struttura

• Potenza del rack

• Efficienza di conversione

• Protezione

• Raffreddamento

• Facilità di manutenzione

• Standard

• Costo

• Rischio di distribuzione

L’implicazione ingegneristica è che l’infrastruttura AI non può più essere valutata solo attraverso GPU, HBM e packaging avanzato. L'erogazione di energia sicura ed efficiente dalla rete al chip sta diventando un requisito di progettazione di sistema di prim'ordine.

Domande frequenti sui data center AI HVDC da 800 V

Cos'è l'HVDC da 800 V in un data center AI?

Si tratta di uno strato di distribuzione CC ad alta tensione utilizzato per trasferire l'energia dalle apparecchiature di conversione lato struttura verso rack o vassoi di elaborazione. Riduce la corrente di distribuzione rispetto a un bus di classe 48 V alla stessa potenza, ma sono comunque necessari convertitori a valle prima che l'alimentazione raggiunga i processori.

Perché i data center AI stanno passando dalla distribuzione di alimentazione CA a quella CC ad alta tensione?

I rack AI ad alta potenza rendono la distribuzione a bassa tensione sempre più difficile perché la corrente, i requisiti delle sbarre collettrici, la perdita resistiva e le richieste di connettori aumentano con la potenza del rack. La corrente continua ad alta tensione riduce la corrente di distribuzione e può consentire a fasi di conversione selezionate di spostarsi all'esterno del rack di calcolo.

L'HVDC da 800 V sostituisce il bus intermedio da 48 V?

Non in ogni architettura. Alcuni sistemi possono convertire 800 V in 48 V per preservare un ecosistema rack e server consolidato. Altri potrebbero utilizzare una tensione intermedia diversa o eseguire una conversione con un rapporto più elevato più vicino al processore.

Qual è il ruolo di un trasformatore a stato solido in un data center HVDC da 800 V?

Un SST può combinare trasformazione di tensione, isolamento galvanico, conversione elettronica di potenza e controllo. Può collegare un ingresso CA a media tensione a un bus di distribuzione CC ad alta tensione, sebbene i sistemi convenzionali di trasformatori e raddrizzatori possano anche produrre l'alimentazione CC richiesta.

GaN o SiC sono migliori per i sistemi di alimentazione dei data center AI?

Nessuno dei due è universalmente migliore. Il GaN è spesso considerato per la conversione compatta ad alta frequenza, mentre il SiC è spesso utilizzato negli stadi ad alta tensione o potenza più elevata. La scelta dipende dalla topologia, dallo stress di tensione, dalla frequenza di commutazione, dalla progettazione termica, dalla protezione, dall'imballaggio, dall'affidabilità e dai costi.

Che cos'è l'erogazione di potenza verticale e in cosa differisce dall'HVDC da 800 V?

L'HVDC da 800 V trasporta l'alimentazione attraverso la struttura o verso il rack. L'erogazione di potenza verticale posiziona l'hardware di conversione della potenza sotto o vicino al processore per abbreviare il percorso finale ad alta corrente. Le due tecnologie operano a diversi livelli della catena elettrica dalla rete al chip.