O crescimento da computação em IA está impulsionando uma nova arquitetura de energia para data centers

O rápido crescimento dos modelos de IA em grande escala está mudando fundamentalmente a infraestrutura dos data centers. Os data centers tradicionais foram projetados principalmente para armazenamento de dados e computação geral, onde a potência do rack do servidor normalmente permanecia entre 5 e 10 kW. Nessas condições, os sistemas de energia CC de baixa tensão de 48 V/54 V foram suficientes.

No entanto, as cargas de trabalho de IA introduziram uma nova era de computação de alta densidade. Com a implantação de plataformas GPU avançadas, os servidores de IA estão exigindo níveis de energia significativamente mais altos, com densidades de rack atingindo centenas de quilowatts e aproximando-se dos requisitos de energia em escala de megawatts em instalações de computação de IA de próxima geração.

Este aumento na densidade de potência expôs as limitações dos sistemas tradicionais de fornecimento de energia de baixa tensão.

De acordo com a relação elétricaP = V × I, uma maior demanda de energia requer uma corrente mais alta quando a tensão permanece baixa. Como a perda de transmissão segueP_perda = I²R, a corrente excessiva resulta em maior geração de calor, condutores maiores e maiores perdas de energia.

Para racks de IA em escala de megawatts, as arquiteturas de baixa tensão criam vários desafios:

• Cabos e barramentos superdimensionados:Correntes extremamente altas requerem grandes seções transversais de condutores, aumentando o consumo de material, a dificuldade de instalação e a carga estrutural.
• Maiores perdas térmicas:O grande fluxo de corrente aumenta a perda de energia, criando requisitos adicionais de resfriamento e reduzindo a eficiência geral do data center.
• Espaço limitado no rack:Vários estágios de conversão de energia ocupam um espaço valioso no rack, reduzindo o espaço para hardware de computação de alto desempenho.

Para superar essas limitações,Corrente contínua de alta tensão de 800 V (800 V HVDC)está emergindo como uma solução de energia de próxima geração para data centers de IA.

Ao aumentar a tensão de distribuição, o 800V HVDC reduz significativamente os requisitos de corrente, mantendo a mesma potência. Isso permite sistemas de fornecimento de energia mais compactos, menores perdas elétricas e implantação de infraestrutura de IA de maior densidade.

Por que 800 V HVDC está se tornando o futuro padrão para infraestrutura de IA

A transição para 800 V HVDC é apoiada pelo desenvolvimento combinado de veículos elétricos, tecnologias avançadas de semicondutores e infraestrutura global de IA.

Cadeia de fornecimento de alta tensão madura de aplicações EV

A indústria automotiva já acelerou a comercialização de sistemas de alta tensão de 800V. Os principais fabricantes de veículos elétricos desenvolveram cadeias de fornecimento maduras que abrangem:

• Componentes de energia de alta tensão;
• Conectores e terminais;
• Barramentos de cobre;
• Materiais de isolamento;
• Soluções de gestão térmica.

Essas tecnologias fornecem experiência valiosa e recursos de fabricação que podem ser adaptados aos sistemas de energia de data centers de IA.

Tecnologias SiC e GaN melhoram a eficiência de conversão de energia

O avanço das tecnologias de semicondutores de terceira geração, incluindo carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN), apoia ainda mais a adoção de 800V HVDC.

Comparados com dispositivos tradicionais baseados em silício, os componentes de energia SiC oferecem:

• Maior eficiência de conversão;
• Melhor desempenho em alta tensão;
• Tamanho de sistema menor;
• Melhor gerenciamento térmico.

Essas vantagens permitem retificadores, módulos de potência e futuras soluções de transformadores de estado sólido (SST) mais compactos.

A infraestrutura de IA está avançando em direção à distribuição de energia de alta tensão

À medida que os clusters de computação de IA continuam a crescer, os operadores de centros de dados e os fornecedores de infraestruturas estão a explorar arquiteturas de energia de alta tensão para suportar futuras plataformas de GPU.

800 V HVDC permite:

• Maior densidade de potência do rack;
• Estágios de conversão de energia reduzidos;
• Distribuição de energia mais eficiente;
• Escalabilidade aprimorada para grandes campi de computação de IA.

Evolução em três estágios da arquitetura de data center HVDC de 800 V

A adoção do HVDC de 800 V evoluirá gradualmente, dependendo se as instalações estão atualizando os locais existentes ou construindo novos campi de IA.

1. Arquitetura Sidecar Power – Solução de atualização flexível

A arquitetura Sidecar é atualmente uma das abordagens mais práticas para data centers existentes.

Ao mover as unidades de conversão de energia fora do rack do servidor para gabinetes dedicados montados na lateral, esse design reduz a necessidade de grandes reconstruções das instalações, ao mesmo tempo em que oferece suporte a racks de IA de alta densidade.

As principais vantagens incluem:

• Implantação mais rápida;
• Impacto mínimo nos layouts existentes;
• Suporte para cargas de trabalho de IA de alta potência;
• Melhor utilização do espaço em rack.

2. Distribuição centralizada de 800 Vcc em nível de sala

Para data centers de IA recém-construídos, espera-se que a conversão centralizada de energia se torne uma abordagem preferida.

Nesta arquitetura, a energia CA é convertida em 800 Vcc no nível da sala ou instalação e distribuída através de sistemas de barramento CC de alta tensão para racks individuais.

Os benefícios incluem:

• Maior eficiência geral;
• Perdas de conversão reduzidas;
• Distribuição simplificada de energia;
• Expansão mais fácil para clusters de IA em grande escala.

3. Arquitetura baseada em transformador de estado sólido (SST)

A evolução futura do HVDC de 800 V pode integrar tecnologia de transformador de estado sólido baseada em SiC.

Ao converter diretamente a energia CA de média tensão em 800 Vcc, os sistemas SST podem simplificar ainda mais a cadeia de energia e reduzir os estágios de conversão.

Os benefícios potenciais incluem:

• Maior eficiência energética;
• Pegada menor;
• Custos operacionais mais baixos;
• Maior flexibilidade para futuras expansões de data centers de IA.

Barramentos de cobre de alta potência: o componente crítico em sistemas HVDC de 800 V

Embora o HVDC de 800 V melhore a eficiência da transmissão de energia, a distribuição confiável de alta corrente ainda depende de soluções avançadas de condutores.

Desde gabinetes retificadores centralizados e barramentos CC até unidades de energia Sidecar e fornecimento de energia de GPU em nível de rack,barramentos de cobre de alto desempenhosão componentes essenciais em toda a cadeia de distribuição de energia.

Para aplicações HVDC de 800 V, os barramentos de cobre devem atender a vários requisitos exigentes:

Alta condutividade e capacidade de transporte de corrente

Racks de IA em escala de megawatts ainda exigem fornecimento de corrente extremamente alta. Os barramentos de cobre devem fornecer:

• Baixa resistência elétrica;
• Alta capacidade atual;
• Dissipação de calor eficiente;
• Operação confiável a longo prazo.

Proteção de isolamento de alta tensão

Em comparação com aplicações tradicionais de baixa tensão, os sistemas de 800 V exigem padrões de isolamento e segurança mais rígidos.

Tecnologias avançadas de isolamento, como:

• Revestimento por imersão em PVC;
• Revestimento em pó epóxi;
• Isolamento termorretrátil;
• Soluções de isolamento compósito;

ajudam a melhorar a rigidez dielétrica e reduzir o risco de falha elétrica.

Design personalizado para infraestrutura compacta de IA

Diferentes arquiteturas de energia de IA exigem diferentes estruturas de barramento.

Através de processos precisos de dobra, puncionamento, laminação e soldagem, barramentos de cobre personalizados podem ser otimizados para:

• Sistemas Sidecar 800V;
• Distribuição centralizada de barramento CC;
• Racks AI refrigerados a líquido;
• Futuras arquiteturas de energia baseadas em SST.

Soluções personalizadas de barramentos de cobre para infraestrutura de energia de IA

Com ampla experiência em soluções de conexão elétrica de alta tensão, a RHI fornece soluções personalizadasbarramentos de cobre de alta potênciaprojetado para aplicações HVDC de 800 V de próxima geração.

Aproveitando cobre T2 de alta condutividade, dobra 3D de precisão, formação de extrusão e processos de isolamento - incluindo revestimento por imersão em PVC e revestimento em pó epóxi - a RHI fabrica barramentos de cobre personalizados projetados para aplicações exigentes de distribuição de energia HVDC de 800 V que exigem:

• Transmissão de alta corrente;
• Instalação compacta;
• Desempenho térmico;
• Segurança de isolamento de alta tensão.

Desde atualizações de data centers existentes usando arquiteturas Sidecar até futuros campi de IA baseados em distribuição centralizada de 800 V e tecnologia SST, barramentos de cobre personalizados desempenharão um papel crítico na construção de uma infraestrutura de computação de IA eficiente, escalável e confiável.