AI-datacentra vereisen 800 VDC

AI-datacentra vereisen 800 VDC 

Met de explosieve groei van AI verandert ook de architectuur van de moderne datacentra. Schneider Electric, opgericht in 1836 en een van de grote spelers in deze markt, gaf tijdens een bezoek aan Niagarra (New York) inzicht in nde laatste ontwikkelingen rond de technologie voor datacentra. Rob Bunger, Cloud & Service Providers Technical & Solutions Director van Schneider Electric, wist ons goed bij te praten en gaf inzicht in de problematiek.

Datacentra voor het traditionele werk en systemen ingericht voor AI, zijn fundamenteel niet verschillend. Het grote verschil zit hem in het gebruik van de duizenden GPU’s en hun energie behoefte. Moderne AI-clusters met duizenden energieslurpende GPU’s vragen veel meer vermogen per rack dan traditionele servers. Waar klassieke racks vaak tussen 10 en 40 kW verbruiken, gebruiken AI-racks inmiddels op tot 400 kW en in sommige gevallen zelfs meer dan 1 MW. Hierdoor lopen traditionele AC- en 48VDC-architecturen tegen fysieke en elektrische grenzen aan. De overstap naar een hogere werkspanning komt dan snel in zicht. Het fundamentele probleem waar men tegenaan loopt is natuurkundig. Bij lage spanningen zijn zeer hoge stromen nodig om veel vermogen te leveren. Het elektrisch vermogen volgt immers de formule: opgewekt vermogen is de spanning vermenigvuldigd met de stroom die gebruikt wordt (P=U x I).

De natuurkunde stelt zijn grenzen

Als het vermogen stijgt terwijl de spanning laag blijft, moet de stroom sterk toenemen. Dat leidt tot dikkere kabels, grotere connectoren, meer warmteontwikkeling (P=I2 x R) en daarmee hogere verliezen. Bij 48 volt worden de stroomsterktes in AI-racks zo hoog dat kabels, busbars en voedingen ook nog eens simpelweg te veel ruimte innemen. Daardoor blijft minder ruimte over voor de GPU’s en de koeling. 

Het gebruik van 800 VDC als voeding lost dat probleem grotendeels op. Door de spanning fors te verhogen, daalt immers de benodigde stroom sterk. Minder stroom betekent dunnere kabels, minder koper, minder warmteverlies en efficiëntere energieoverdracht. Vooral bij racks boven 400 kW wordt dit essentieel. Schneider Electric stelt dat 800 VDC daardoor een praktische route wordt voor AI-racks van 400 kW tot ruim boven 1 MW. Een bijkomend voordeel is dat 800 VDC ook in elektrische auto’s toegepast wordt. Elektrische voertuigen gebruiken steeds vaker 800-volt-architecturen vanwege dezelfde voordelen: hogere efficiëntie en lagere stromen. Hierdoor zijn veel systeemcomponenten al ontwikkeld.

Er speelt meer, want de architectuur verschuift

Traditioneel zaten voedingen in iedere server afzonderlijk. Later werden die geconsolideerd in zogenaamde power shelves binnen het rack. Maar ook dat model bereikt zijn limiet. Daarom verplaatsen leveranciers nu de AC/DC-conversie naar aparte “power racks” of “sidecars” naast het IT-rack. Daardoor ontstaat meer ruimte voor compute-hardware en wordt onderhoud eenvoudiger. 

Een tweede reden voor de opkomst van 800 VDC is efficiëntie. Iedere omzetting van stroom veroorzaakt verliezen. In klassieke architecturen wordt wisselstroom meerdere keren omgezet voordat de GPU uiteindelijk bruikbare gelijkspanning ontvangt. Bij 800 VDC wordt het aantal conversiestappen verminderd. Minder omzettingen betekenen minder energieverlies en lagere koelingskosten. Dat is belangrijk omdat energie inmiddels een van de grootste operationele kostenposten van AI-datacentra vormt.

AI-workloads veroorzaken bovendien zeer dynamische belastingpieken. De energie nodig voor inferencing (het uitvoeren van getrainde AI-taken) is veel efficiënter dan het trainen. Tijdens het trainen kunnen vermogenspieken oplopen tot ongeveer 150% van het nominale vermogen. Dat vraagt om snellere en stabielere energievoorziening. 800 VDC leent zich goed voor integratie met batterijen, supercondensatoren en andere energieopslagtechnieken die deze schommelingen kunnen opvangen. 

Toch brengt 800 VDC nieuwe uitdagingen met zich mee. Gelijkstroom is moeilijker te onderbreken (schakelen) dan wisselstroom omdat er geen natuurlijke nuldoorgang bestaat. Daardoor zijn zwaardere beveiligingsmechanismen nodig tegen kortsluiting, de zogenaamde arc flash. Ook onderhoudsprocedures, training en veiligheidsregels moeten worden aangepast. 

De overstap naar 800 VDC is daarom niet alleen een technische wijziging, maar een fundamentele herziening van de energiearchitectuur van AI-datacentra. De drijvende krachten zijn hogere rackdichtheid, betere efficiëntie, ruimtegebruik en schaalbaarheid richting gigawatt-AI-fabrieken. Voor hyperscalers en AI-exploitanten wordt 800 VDC daarmee steeds minder een experiment en steeds meer een noodzakelijke volgende stap.