德州仪器如何满足AI数据中心日益增长的电力需求

德州仪器全新栏目《创新芯科技》上线！首期内容，我们将聚焦 AI 数据中心日益增长的电力需求，关注我们，我们将为您带来更多关于未来科技的深度洞察与精彩内容！

生成式 AI 的兴起，正将数据中心的电力需求推向前所未有的高度。了解下一代 800VDC 电源架构如何助力直面这些挑战。

生成人工智能 (AI) 的时代已然来临，它正在改变我们处理数据和与数据交互的方式。但这场革命伴随着巨大代价：电力需求呈指数级增长。

即便是向大语言模型提出一个简单问题，其所需的电力也是传统搜索引擎处理相同问题的 10 倍。随着 AI 工作负载在成千上万台服务器上成倍增长，数据中心正面临前所未有的功率密度挑战。预计到 2028 年，数据中心将占美国总用电量的 6.7% 至 12%。

这带来了根本性的挑战和范式转变：如何产生为数据中心供电所需的必要能源，以及如何高效地通过供电路径输送这些能源。

未来 AI 数据中心的电源管理需要一种全局性的方法，从电网端的发电，一直到图形处理单元基础逻辑门的级别。这种方法将实现处理器与电源系统间的无缝通信、整个电力链的智能负载平衡以及与可再生能源存储系统的更紧密集成，帮助设计人员在减少数据中心碳足迹的同时，通过多层冗余提升可靠性。

01数据中心电源架构的演进

传统的配电系统正在达到其物理和电气极限。我们来了解一下数据中心电源基础设施的变革之旅。

第 1 代：传统交流配电（2015 年前）

在过去，计算机架将服务器层层堆叠，电源设备 (PSU) 位于机架底部。这些系统通常支持每个机架约 10kW 至 15kW 的功率级别。数据中心向每个服务器机架分配交流电，由 PSU 将其转换为 12V 直流电，再分配至服务器主板。服务器中的负载点转换器然后将电压降至处理器栅极核心电压。

第 2 代：中间直流配电（目前）

随着计算需求的增长，数据中心已演进至可处理每个机架 30kW 至 130kW 的更高功率需求。第 2 代仍使用 240VAC 输入，但转换为 48V 而不是 12V。

一项重大创新是将不间断电源功能移至服务器机架内的电池备份单元。这种架构使得更多电力能够流经相同尺寸的导体，从而更大限度提升现有基础设施的效率。

但随着生成式 AI 的问世，以及为处理信息而增设更多服务器，服务器如今对电力的需求大幅增加。这些不断增长的电力需求正在达到当前电源架构的极限。

第 3 代：高压直流配电（2026-2027 年）

下一代 AI 优化型数据中心将采用 ±400V 或 800V 的高压直流配电架构。

最近的一项创新是引入“侧机架”，这是一种紧邻服务器机架布置的专用电力机架。电池备份和电力转换都在这些侧机架中完成，从而为计算机架腾出宝贵空间用于实际计算。这种设计可大幅提高功率级别（每个机架可高达 600kW 至 1MW），同时有助于与可再生能源存储系统更紧密集成。

第 4 代：电网集成直流架构（未来）

展望未来，业界正在设想将电源完全移出数据中心。通过在整个设施内分配直流总线电压来处理电力。最终目标是在服务器大厅旁设置电力室，专门产生和分配高压直流电。

如此彻底的重新设计很可能仅适用于新建数据中心，这代表了对计算设施与电力基础设施及可再生能源的连接方式的根本性重新思考。

02800 VDC 架构是否是 AI 计算的未来？

挑战显而易见：要为 1MW AI 计算机架供电，当今的 48V 配电系统需要 20,000A 以上的电流。在数据中心环境中，如果使用铜质总线输送如此大电流，在尺寸和成本上根本不可行。

要实现 800VDC 系统所需的效率和功率密度，需要尖端技术，包括精密控制系统、氮化镓半导体创新、空间优化以及整体电源管理方法。

03前瞻未来，无限可能：

可持续的 AI 计算未来

向更高电压架构的转型不仅代表着工程优化，更是 AI 实现可持续发展的必然演进步骤。

其优势显而易见：

▹功率密度大幅提升，可在同等空间内支持更大算力。

▹通过高级控制提高能效，降低运营成本和碳足迹。

▹可扩展性增强，支持不断扩展的 AI 工作负载。

▹与可再生能源更紧密集成，推动实现可持续发展目标。

为 AI 数据中心设计下一代电源架构，让算力和能源效率成为关键竞争优势，正在迅速成为电源设计师面临的最激动人心的挑战之一。

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