利用可再生能源滿足 AI 驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)中心日益增長的電力需求

一種范式轉(zhuǎn)變正在我們眼前發(fā)生。在 18 世紀(jì)和 19 世紀(jì)，大不列顛使用煤來為工業(yè)革命提供動(dòng)力，推動(dòng)向機(jī)器制造轉(zhuǎn)型，第一次能源革命也因此開啟。隨后在美國發(fā)生了第二次能源革命，20 世紀(jì)石油產(chǎn)業(yè)的繁榮推動(dòng)了汽車和電力領(lǐng)域取得前所未有的進(jìn)步。

如今，人工智能 (AI) 的快速發(fā)展正在引領(lǐng)第三次能源革命，涵蓋產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換和分配為我們正在消耗的大量數(shù)據(jù)提供動(dòng)力所需的能源。如何產(chǎn)生為數(shù)據(jù)中心供電所需的必要能量，以及如何有效地將這些能量沿著電源路徑從電網(wǎng)傳輸?shù)?a target="_blank">處理器的柵極，正迅速成為我們這個(gè)時(shí)代最令人興奮的挑戰(zhàn)。

不斷變化的分配水平

隨著 AI 數(shù)據(jù)中心對(duì)計(jì)算能力的需求不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)也在發(fā)生重大變化。通常，服務(wù)器在數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)架中堆疊在一起，電源單元 (PSU) 位于底部。交流電 (AC) 被分配到每個(gè)服務(wù)器機(jī)架，PSU 將其轉(zhuǎn)換為 48V，然后再降為 12V。服務(wù)器中的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器然后將其降低為處理器柵極核心電壓。

隨著生成式 AI 的問世，以及后續(xù)為處理信息而增設(shè)更多服務(wù)器，機(jī)架如今對(duì)電力的需求大幅增加。例如，向大型語言模型 (LLM) 輸入一個(gè)問題，所需的電力是向搜索引擎輸入同一個(gè)問題所需電力的 10 倍。這些不斷增長的電力需求正將供電架構(gòu)推向極限。

數(shù)據(jù)中心中的側(cè)機(jī)架裝置

正因如此，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商正在重新構(gòu)想將交流到直流 (DC) 轉(zhuǎn)換從服務(wù)器機(jī)架中移出的方法，以便在單個(gè)計(jì)算（或 IT）機(jī)架中為更多的電源和更多的服務(wù)器創(chuàng)造空間。其中一種方法是將 PSU 移動(dòng)到位于 IT 機(jī)架旁的單獨(dú)機(jī)架（稱為側(cè)機(jī)架）中。然而，最終的目標(biāo)是提供一個(gè)單獨(dú)的電源室，將高壓直流配電到整個(gè)服務(wù)器大廳。

用太陽能滿足電力需求

隨著數(shù)據(jù)中心需要更多電力來支撐不斷增長且持續(xù)演進(jìn)的工作負(fù)載，可再生能源或許正是解決之道。在世界上的許多地區(qū)，太陽能正成為一種越來越容易獲得和負(fù)擔(dān)的能源。巧合的是，數(shù)據(jù)中心的客戶承諾在其公司內(nèi)部使用 100% 的可再生能源，而這一承諾也必須反映在他們使用的數(shù)據(jù)中心中。太陽能不僅可以幫助數(shù)據(jù)中心客戶實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，還能提供一種快速部署更多發(fā)電設(shè)施的方式。

半導(dǎo)體是太陽能轉(zhuǎn)換過程的核心，使這些技術(shù)成為了滿足數(shù)據(jù)中心電力需求的關(guān)鍵。高效的能源轉(zhuǎn)換和精確的傳感技術(shù)對(duì)于使太陽能成為電網(wǎng)的可靠能源來源至關(guān)重要。

通過儲(chǔ)能更大限度地提高太陽能輸出

盡管數(shù)據(jù)中心每天每小時(shí)都在運(yùn)行，但太陽能只在白天產(chǎn)生。那么，在沒有陽光的時(shí)候，太陽能將如何為數(shù)據(jù)中心供電呢？這正是電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (ESS) 成為關(guān)鍵解決方案的原因，它能確保能源持續(xù)可用，并在任何需要的時(shí)刻都能發(fā)揮作用。

電池早已是電網(wǎng)的核心組成部分，能夠在整個(gè)電網(wǎng)中高效存儲(chǔ)和釋放大量電力，如今電池正被專門應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。ESS 內(nèi)部的電池管理系統(tǒng)會(huì)直接監(jiān)測電池單元，評(píng)估內(nèi)部的能量儲(chǔ)量，通過測量電壓來確定電池的荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)，進(jìn)而確?？梢苑€(wěn)定供應(yīng)所需電力。

在人工智能時(shí)代，數(shù)據(jù)已成為新的貨幣，而且比以往任何時(shí)候都更有價(jià)值。因此，必須有某種工具為數(shù)據(jù)提供動(dòng)力和支撐。我們用煤來推動(dòng)工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)，用石油來推動(dòng)汽車的發(fā)展；現(xiàn)在，可再生能源可以幫助我們解決未來數(shù)據(jù)中心日益增長的電力需求。

本博文由德州儀器電力設(shè)計(jì)服務(wù)和電力輸送部門總經(jīng)理 Robert Taylor 與能源基礎(chǔ)設(shè)施部門總經(jīng)理 Henrik Mannesson 撰寫。

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