Zgodnie z prognozami zawartymi w raporcie IDTechEx zatytułowanym „Power Electronics Market 2026-2036: Data Centers, Electric Vehicles, and Renewables”, rynek elektroniki potęgowej dla centrów danych ma wzrosnąć aż 2,5-krotnie do 2036 roku.
Centra danych AI na wąskim gardle zasilania
Odkąd w listopadzie 2022 roku ChatGPT przeniósł sztuczną inteligencję z obszaru science fiction do świata rzeczywistego, czołowi gracze na rynku oprogramowania AI zainwestowali miliardy dolarów w rozwój zaawansowanych modeli szkoleniowych. Przemysł procesorów graficznych (GPU) przeszedł błyskawiczną ewolucję, jednak obecna architektura szaf serwerowych (rack) stała się wąskim gardłem – nie jest ona w stanie obsłużyć serwerów nowej generacji, takich jak np. „Vera Rubin Ultra” firmy Nvidia.
Zapotrzebowanie na moc w szafach serwerowych silnie wzrosło - z około 20 kW przed erą ChatGPT, do 100 kW obecnie - a do końca obecnej dekady oczekuje się, że osiągnie ono poziom ponad 1 MW. Gdyby chcieć obsłużyć szafę o mocy 1 MW za pomocą dotychczasowej elektroniki opartej na krzemie (Si) i architekturze 480/54 V, wymagałoby to przeznaczenia całej jej przestrzeni wyłącznie na konwersję energii oraz użycia ponad 200 kg miedzi. W związku z tym krytycznym wskaźnikiem przy projektowaniu centrów danych AI staje się gęstość mocy, czyli ilość energii przetwarzanej w jednostce objętości.
Inspiracja płynąca z pojazdów elektrycznych
Rozwiązaniem tego problemu okazały się technologie opracowane na potrzeby aut elektrycznych. W nadchodzących latach spodziewana jest całkowita zmiana paradygmatu w architekturze centrów danych, polegająca na przejściu na systemy wysokiego napięcia prądu stałego (HVDC 800 VDC). Według raportu IDTechEx zmiana ta odblokuje wzrost mocy szaf serwerowych o rząd wielkości.
Transformacja opiera się na dwóch kluczowych innowacjach, które zostały bezpośrednio przeniesione z rynku EV:
- Półprzewodniki szerokoprzerwowe (WBG)
Zastąpienie krzemu węglikiem krzemu (SiC) w modułach wysokiego napięcia oraz azotkiem galu (GaN) na etapach konwersji niskiego napięcia pozwala na znaczny wzrost gęstości mocy, miniaturyzację układów oraz zmniejszenie rozmiaru elementów pasywnych, takich jak kondensatory i cewki. - Architektura 800 VDC
Zaczerpnięta bezpośrednio z platform samochodów elektrycznych (komercjalizowanych od 2019 roku), zapewnia mniejsze straty przesyłowe (I2R) oraz pozwala na znaczne uproszczenie architektury zasilania poprzez zmniejszenie liczby etapów konwersji i punktów awarii.
Warto zwrócić szczególną uwagę na rolę materiałów szerokoprzerwowych. Zasilacze (PSU) o mocy 8 kW i 12 kW tworzone przez wiodących producentów, takich jak Infineon czy Navitas, już wykorzystują układy SiC. Z kolei azotek galu (GaN) idealnie sprawdza się w szybkiej konwersji i - jak wskazuje źródło - GaN prawdopodobnie będzie się cieszył szybszym przyjęciem w centrach danych niż w pojazdach elektrycznych.
Przyszłość centrów danych to wysokie napięcie
Doświadczenie zdobyte przez sektor elektromobilności przy wdrażaniu infrastruktury 800 V – w tym opracowanie rygorystycznych procedur bezpieczeństwa i testów wysokonapięciowych – znacznie przyspiesza rozwój nowej architektury HVDC dla serwerowni. Przejście na zasilanie 800 VDC ma na celu uproszczenie i zabezpieczenie centrów danych na przyszłość. Dzięki temu będą one mogły dostarczać szafom serwerowym znacznie wyższe poziomy mocy, co jest absolutnie niezbędne do obsługi przyszłych generacji procesorów graficznych oraz coraz bardziej wymagających modeli treningowych sztucznej inteligencji.
Źródło: IDTechEx
