Das Wachstum von KI-Computing treibt eine neue Energiearchitektur für Rechenzentren voran

Das schnelle Wachstum großer KI-Modelle verändert die Infrastruktur von Rechenzentren grundlegend. Herkömmliche Rechenzentren waren hauptsächlich für die Datenspeicherung und allgemeine Datenverarbeitung konzipiert, wobei die Leistung des Server-Racks typischerweise zwischen 5 und 10 kW blieb. Unter diesen Bedingungen waren 48-V-/54-V-Niederspannungs-Gleichstromsysteme ausreichend.

Allerdings haben KI-Workloads eine neue Ära des High-Density-Computing eingeläutet. Durch den Einsatz fortschrittlicher GPU-Plattformen erfordern KI-Server deutlich höhere Leistungsniveaus, wobei die Rack-Dichten Hunderte von Kilowatt erreichen und sich in KI-Rechneranlagen der nächsten Generation dem Leistungsbedarf im Megawatt-Bereich nähern.

Diese Erhöhung der Leistungsdichte hat die Grenzen herkömmlicher Niederspannungs-Stromversorgungssysteme deutlich gemacht.

Entsprechend der elektrischen BeziehungP = V × IEin höherer Leistungsbedarf erfordert einen höheren Strom, wenn die Spannung niedrig bleibt. Da es zu Übertragungsverlusten kommtP_Verlust = I²R, führt ein übermäßiger Strom zu einer erhöhten Wärmeentwicklung, größeren Leitern und größeren Energieverlusten.

Für KI-Racks im Megawatt-Maßstab stellen Niederspannungsarchitekturen mehrere Herausforderungen dar:

• Übergroße Kabel und Stromschienen:Extrem hohe Ströme erfordern große Leiterquerschnitte, was den Materialverbrauch, die Installationsschwierigkeiten und die strukturelle Belastung erhöht.
• Höhere thermische Verluste:Ein großer Stromfluss führt zu einem höheren Leistungsverlust, wodurch ein zusätzlicher Kühlbedarf entsteht und die Gesamteffizienz des Rechenzentrums sinkt.
• Begrenzter Platz im Rack:Mehrere Leistungsumwandlungsstufen beanspruchen wertvollen Platz im Rack und reduzieren so den Platz für Hochleistungs-Rechnerhardware.

Um diese Einschränkungen zu überwinden,800-V-Hochspannungs-Gleichstrom (800-V-HGÜ)entwickelt sich zu einer Energielösung der nächsten Generation für KI-Rechenzentren.

Durch die Erhöhung der Verteilungsspannung reduziert die 800-V-HGÜ den Strombedarf bei gleichbleibender Leistungsabgabe erheblich. Dies ermöglicht kompaktere Stromversorgungssysteme, geringere elektrische Verluste und den Einsatz einer KI-Infrastruktur mit höherer Dichte.

Warum 800-V-HGÜ zum zukünftigen Standard für KI-Infrastruktur wird

Der Übergang zur 800-V-HGÜ wird durch die kombinierte Entwicklung von Elektrofahrzeugen, fortschrittlichen Halbleitertechnologien und einer globalen KI-Infrastruktur unterstützt.

Ausgereifte Hochspannungs-Lieferkette aus EV-Anwendungen

Die Automobilindustrie hat die Kommerzialisierung von 800-V-Hochspannungssystemen bereits beschleunigt. Führende Hersteller von Elektrofahrzeugen haben ausgereifte Lieferketten entwickelt, die Folgendes umfassen:

• Hochspannungs-Leistungskomponenten;
• Steckverbinder und Klemmen;
• Kupferschienen;
• Isoliermaterialien;
• Wärmemanagementlösungen.

Diese Technologien bieten wertvolle Erfahrungen und Fertigungskapazitäten, die an KI-Stromversorgungssysteme für Rechenzentren angepasst werden können.

SiC- und GaN-Technologien verbessern die Effizienz der Stromumwandlung

Die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologien der dritten Generation, darunter Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN), unterstützt die Einführung der 800-V-HGÜ weiter.

Im Vergleich zu herkömmlichen Geräten auf Siliziumbasis bieten SiC-Leistungskomponenten:

• Höhere Umwandlungseffizienz;
• Bessere Hochspannungsleistung;
• Kleinere Systemgröße;
• Verbessertes Wärmemanagement.

Diese Vorteile ermöglichen kompaktere Gleichrichter, Leistungsmodule und zukünftige Lösungen mit Halbleitertransformatoren (SST).

Die KI-Infrastruktur bewegt sich in Richtung Hochspannungsstromverteilung

Während KI-Computing-Cluster weiter skalieren, erforschen Rechenzentrumsbetreiber und Infrastrukturanbieter Stromversorgungsarchitekturen mit höherer Spannung, um zukünftige GPU-Plattformen zu unterstützen.

800-V-HGÜ ermöglicht:

• Höhere Rack-Leistungsdichte;
• Reduzierte Leistungswandlungsstufen;
• Effizientere Energieverteilung;
• Verbesserte Skalierbarkeit für große KI-Computing-Campusse.

Dreistufige Weiterentwicklung der 800-V-HGÜ-Rechenzentrumsarchitektur

Die Einführung der 800-V-HGÜ wird sich schrittweise weiterentwickeln, je nachdem, ob die Einrichtungen bestehende Standorte modernisieren oder neue KI-Campusse bauen.

1. Sidecar Power Architecture – flexible Upgrade-Lösung

Die Sidecar-Architektur ist derzeit einer der praktischsten Ansätze für bestehende Rechenzentren.

Durch die Verlagerung von Stromumwandlungseinheiten außerhalb des Server-Racks in spezielle seitlich montierte Schränke reduziert dieses Design den Bedarf an größeren Anlagenumbauten und unterstützt gleichzeitig KI-Racks mit hoher Dichte.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• Schnellere Bereitstellung;
• Minimale Auswirkungen auf bestehende Layouts;
• Unterstützung für leistungsstarke KI-Workloads;
• Verbesserte Raumausnutzung im Rack.

2. Zentralisierte 800-V-Gleichstromverteilung auf Raumebene

Für neu gebaute KI-Rechenzentren wird erwartet, dass die zentralisierte Energieumwandlung ein bevorzugter Ansatz wird.

In dieser Architektur wird Wechselstrom auf Raum- oder Anlagenebene in 800 V Gleichstrom umgewandelt und über Hochspannungs-Gleichstrom-Sammelschienensysteme an einzelne Racks verteilt.

Zu den Vorteilen gehören:

• Höhere Gesamteffizienz;
• Reduzierte Umwandlungsverluste;
• Vereinfachte Stromverteilung;
• Einfachere Erweiterung für große KI-Cluster.

3. Architektur auf Basis von Festkörpertransformatoren (SST).

Die zukünftige Weiterentwicklung der 800-V-HGÜ könnte die SiC-basierte Festkörpertransformatortechnologie integrieren.

Durch die direkte Umwandlung von Mittelspannungs-Wechselstrom in 800-V-Gleichstrom können SST-Systeme die Stromkette weiter vereinfachen und Umwandlungsschritte reduzieren.

Zu den potenziellen Vorteilen gehören:

• Höhere Energieeffizienz;
• Geringerer Platzbedarf;
• Niedrigere Betriebskosten;
• Größere Flexibilität für zukünftige Erweiterungen des KI-Rechenzentrums.

Hochleistungs-Kupfer-Sammelschienen: Die entscheidende Komponente in 800-V-HGÜ-Systemen

Obwohl 800-V-HGÜ die Effizienz der Stromübertragung verbessert, ist eine zuverlässige Hochstromverteilung immer noch auf fortschrittliche Leiterlösungen angewiesen.

Von zentralisierten Gleichrichterschränken und DC-Buskanälen bis hin zu Sidecar-Stromversorgungseinheiten und GPU-Stromversorgung auf Rack-Ebene –Hochleistungs-Sammelschienen aus Kupfersind wesentliche Bestandteile der gesamten Energieverteilungskette.

Für 800-V-HGÜ-Anwendungen müssen Kupferschienen mehrere anspruchsvolle Anforderungen erfüllen:

Hohe Leitfähigkeit und Stromtragfähigkeit

KI-Racks im Megawatt-Maßstab erfordern immer noch eine extrem hohe Stromabgabe. Kupferschienen müssen Folgendes bieten:

• Niedriger elektrischer Widerstand;
• Hohe Stromkapazität;
• Effiziente Wärmeableitung;
• Zuverlässiger Langzeitbetrieb.

Hochspannungsisolationsschutz

Im Vergleich zu herkömmlichen Niederspannungsanwendungen erfordern 800-V-Systeme strengere Isolierungs- und Sicherheitsstandards.

Fortschrittliche Isolationstechnologien wie:

• PVC-Tauchbeschichtung;
• Epoxid-Pulverbeschichtung;
• Schrumpfisolierung;
• Verbundisolierungslösungen;

tragen dazu bei, die Spannungsfestigkeit zu verbessern und das Risiko eines Stromausfalls zu verringern.

Maßgeschneidertes Design für eine kompakte KI-Infrastruktur

Unterschiedliche KI-Leistungsarchitekturen erfordern unterschiedliche Sammelschienenstrukturen.

Durch präzise Biege-, Stanz-, Laminierungs- und Schweißprozesse können maßgeschneiderte Kupferstromschienen optimiert werden für:

• 800-V-Beiwagensysteme;
• Zentralisierte DC-Busverteilung;
• Flüssigkeitsgekühlte AI-Racks;
• Zukünftige SST-basierte Energiearchitekturen.

Maßgeschneiderte Kupfer-Sammelschienenlösungen für die KI-Strominfrastruktur

Mit umfassender Erfahrung im Bereich elektrischer Hochspannungsverbindungslösungen bietet RHI maßgeschneiderte Lösungen anHochleistungs-KupferschienenEntwickelt für 800-V-HGÜ-Anwendungen der nächsten Generation.

RHI nutzt hochleitfähiges T2-Kupfer, präzises 3D-Biegen, Extrusionsformen und Isolierungsverfahren – einschließlich PVC-Tauchbeschichtung und Epoxidpulverbeschichtung – und stellt kundenspezifische Kupfersammelschienen her, die für anspruchsvolle 800-V-HGÜ-Stromverteilungsanwendungen entwickelt wurden, die Folgendes erfordern:

• Hochstromübertragung;
• Kompakte Installation;
• Wärmeleistung;
• Sicherheit der Hochspannungsisolierung.

Von der Modernisierung bestehender Rechenzentren mithilfe von Sidecar-Architekturen bis hin zu zukünftigen KI-Campussen auf Basis zentralisierter 800-V-Verteilung und SST-Technologie werden maßgeschneiderte Kupfer-Sammelschienen eine entscheidende Rolle beim Aufbau einer effizienten, skalierbaren und zuverlässigen KI-Computing-Infrastruktur spielen.