AC/DC
Центры обработки данных в обозримой перспективе могут отказаться от использования переменного тока в пользу постоянного. Стремление к такому переходу продиктовано нынешней необходимостью постоянного преобразования переменного тока в постоянный и обратно, что приводит к потерям электроэнергии, и они только растут по мере роста потребляемой ЦОДами мощности, пишет компания Nvidia в своем блоге.
Компании, которые занимаются разработкой систем питания для дата-центров, начали создавать и выпускать решения на основе постоянного тока. В частности, такие наработки есть в активах компаний Delta, Eaton, Flex Power, Schneider Electric и Vertiv. Это довольно нестандартный подход, поскольку подавляющее большинство современных дата-центров работают именно от переменного тока.
У всего есть причина
Переход к постоянному току для питания ЦОДов продиктован нынешними реалиями, когда дата-центры, обслуживающие отрасль искусственного интеллекта, стали потреблять гораздо больше электроэнергии. Традиционная схема их работы подразумевает многократное преобразование тока из переменного в постоянный и обратно, и именно от него и собираются избавиться владельцы дата-центров.
Вводные линии электропитания поставляют в ЦОДы именно переменный ток, поскольку весь мир перешел на него в начале XX века. Этот ток имеет среднее напряжение, варьирующееся от 1 до 35 кВ, а уже внутри дата-центра это напряжение понижается в несколько раз – как правило, до 415 или 480 В.
На этом этапе ток все еще остается переменным, но затем его начинают «закачивать» в источники бесперебойного питания. Для этого он проходит через трансформатор и становится постоянным.
На выходе из ИБП ток вновь превращается в переменный, и уже на финише, непосредственно перед поступлением в серверы, еще раз преобразуется в постоянный, с дополнительным понижением напряжения.
Невыгодные потери
Многочисленные преобразования тока приводят к потере электроэнергии, и чем выше уровень ее потребления, тем это заметнее. Стандартные ЦОДы, стойки в которых расходуют в среднем по 10 кВт, это не так заметно, но вот ИИ-ЦОДы потребляют намного больше электричества – до 1 МВт на стойку. Здесь потери от преобразования становятся гораздо более существенными. «Многократные преобразования переменного тока в постоянный в цепи питания неэффективны с точки зрения энергопотребления и увеличивают количество точек отказа», – написала Nvidia в своем блоге.
Помимо этого, схемы питания с преобразованием тока требуют большого количеств медных шин – до 200 кг на каждую 1-мегаваттную стойку, по подсчетам Nvidia. В компании оценивают, что на каждый 1-гигаваттный дата-центр со старой схемой питания будет требоваться по 200 тонн меди.
Помимо этого, сами системы преобразования тока из постоянного в переменный и обратно занимают довольно много места, отмечает Nvidia, отказ от них в пользу использования только постоянного тока высвободит значительное пространство.
Что предлагает Nvidia
По задумке Nvidia, поступающий с электростанций переменный ток напряжением 13,8 кВ будет сразу на входе в преобразовываться в постоянный ток напряжением 800 В. За счет этого ЦОДы смогут избавиться от множества промежуточных звеньев в цепи электропитания, тем самым повысив ее надежность и одновременно снизив тепловыделение.
Помимо этого, по подсчетам Nvidia, использование шинопроводов на 800 В и переход с 415 В переменного тока на 800 В постоянного тока в системах распределения электроэнергии позволяет передавать на 85% больше мощности по проводникам того же сечения. «Это происходит потому, что более высокое напряжение снижает потребляемый ток, уменьшая резистивные потери и повышая эффективность передачи энергии», – говорится в блоге Nvidia.
После перехода на постоянный ток 800 В можно будет использовать провода меньшего сечения – они будут способны справиться с нагрузкой. Итог – сокращение расходов меди на 45%.
Ждать недолго
Поставщики систем питания дата-центров спешат как можно быстрее поставить свои новые решения для постоянного тока 800 В как можно быстрее. Например, разработка компании Vertiv поступит в продажу до конца 2026 г.
В ассортименте компании Delta есть 660-киловаттные рядные силовые стойки, рассчитанные на 800 В постоянного тока. В них она дополнительно встроила аккумуляторные блоки суммарной мощностью 480 кВт.
В остальном мире наоборот
Постоянный ток появился раньше переменного – в 1800 г. физик Алессандро Вольта создал «вольтов столб», ставший первым в мире источником постоянного тока. А в 1831 г. физик Майкл Фарадей открыл принцип электромагнитной индукции – благодаря его опытам выяснилось, что переменное магнитное поле может создавать электрический ток в проводнике.
В 1866 г. открытие Фарадея легло в основу первого в мире электрогенератора переменного тока. Его создал немецкий инженер Вернер фон Сименс.
Во второй половине XIX века развернулась настоящая война токов, которую постоянный ток в итоге проиграл. Довольно быстро выяснилось, что передавать ток высокой мощности на большие расстояния в системах постоянного тока того времени не было возможным. На расстоянии свыше 2 км от электростанции мощность передаваемого тока сильно проседала.
Системы переменного тока этого недостатка были лишены. Даже ранние их образцы могли передавать ток на сотни километров почти без потерь мощности.
Война токов длилась примерно до 1920-х годов. Победу в итоге одержал переменный ток.
Поделиться
