【产通社，4月1日讯】英伟达GTC大会重点介绍了为AI提供动力的新芯片架构。但随着芯片速度和性能的提升，数据中心基础设施正在追赶，复杂且效率低下的交流电转直流电力转换正逐渐被直流配置取代，至少在超大规模数据中心中是如此。

Vertiv先进技术与全球微电网副总裁Chris Thompson表示：“尽管交流配电依然根深蒂固，电力电子技术的进步和AI基础设施需求的不断增长，正在加速对直流架构的兴趣。”


交流转直流转换挑战


如今，几乎所有数据中心都围绕交流电力设计。电路在电力到达计算负载前需要多次转换。电力通常以中压交流电（1至35千伏）形式进入数据中心，通过变压器降压为低压交流电（480或415伏），再通过不间断电源（UPS）转换为直流电用于电池储能，再转换回交流电，最后在服务器上再转换为低压直流电（通常为54伏直流电），为计算芯片实际所需的直流电力提供电源。

“双重转换工艺确保输出AC干净、稳定，并适合数据中心服务器，”伊顿工程与技术副总裁Luiz Fernando Huet de Bacellar表示。

这种配置对于传统数据中心所需的电力来说已经足够了。传统的数据中心计算机架每个机架大约耗电10千瓦。对于AI来说，这个数字已经接近1兆瓦了。在这种规模下，交流转直流的能量损耗、电流水平和铜线需求变得越来越难以合理化。每次转换都会有一定的功率损失。此外，随着所需电力的增加，转换器的巨大体积以及铜母线的连接器需求变得难以承受。 据英伟达博客报道，一个1兆瓦机架可能需要多达200公斤铜母线。对于一个1吉瓦的数据中心来说，可能相当于20万公斤铜。


高压直流电的优势


通过在数据中心周界直接将13.8千伏交流电网转换为800伏直流电，省去了大多数中间转换步骤。这减少了风扇和电源单元的数量，带来了更高的系统可靠性、更低的散热、提升能效以及更小的设备占地面积。

Bacellar表示：“电网或电源与服务器内部硅芯片之间的每次电力转换都会造成一定的能量损失。”

在电力配电中，将415伏交流电切换到800伏直流电，使得通过相同导体尺寸传输功率可增加85%。这是因为更高的电压降低了电流需求，降低了电阻损耗，使电力传输更高效。更细的导线可以承受相同的负载，减少45%的铜材需求，效率提升5%，吉瓦级设施的总拥有成本降低30%。

Vertiv的Thompson表示：“在高压直流架构中，电网的电力从中压交流电转换为约800伏直流电，然后通过直流母线分配到整个设施。在机架上，紧凑型直流转直流转换器为GPU和CPU降压了该电压。”

技术咨询机构Omdia的一份报告称，中国已经出现了高压直流数据中心。在美洲，Mt. Diablo倡议（Meta、Microsoft和Open Compute Project合作）是一个400伏直流机架电力分配实验。


直流电力系统的创新


少数厂商正试图抢占先机。Vertiv的800伏直流生态系统将与Nvidia Vera Rubin的Ultra Kyber平台集成，预计将在2026年下半年商业化。伊顿在800伏直流系统创新方面也非常先进，这得益于中压固态变压器（SST），该变压器将成为直流电力配电系统的核心。与此同时，达美发布了800伏直流列式660千瓦电源机架，配备总计480千瓦的嵌入式电池备份单元。SolarEdge正在努力研发99%效率的SST，将与原生直流UPS和直流电力分配层配合使用。

但整个行业的许多方面远远落后。全国电气制造商协会战略、技术与行业事务高级副总裁帕特里克·休斯表示，大多数创新发生在400伏直流电层级，尽管部分公司正在准备800伏直流电。他认为行业需要一个完整、协调的生态系统，包括电力电子、保护、连接器、传感以及服务安全组件，这些组件能够协同扩展，而非孤立。这反过来需要对直流专用设备的制造能力进行重整，扩大半导体和材料供应，以及明确的长期需求承诺，以支持价值链各阶段的重大资本投资。

“许多公司采取谨慎态度，提供有限或调整的解决方案，等待更明确的标准、安全框架和客户承诺，”休斯说。“供应链建设将依赖于稳定标准和安全框架，使供应商能够自信地设计、认证、制造和安装设备。”

查询进一步信息，请访问官方网站https://spectrum.ieee.org/data-center-dc。（Robin Zhang，产通数造）