تتجه مراكز البيانات نحو التحول من استخدام التيار المتردد إلى التيار المستمر، مما يعكس احتياجات العصر الحديث في مجال الحوسبة.
مراكز البيانات تنتقل من التيار المتردد إلى التيار المستمر
أبرز مؤتمر Nvidia GTC الذي عُقد الأسبوع الماضي تصاميم جديدة للرقائق لتشغيل الذكاء الاصطناعي. ولكن مع زيادة سرعة وقوة هذه الرقائق، فإن بقية بنية مركز البيانات تسير في محاولة لمواكبة ذلك. المجتمع المسؤول عن توصيل الطاقة يستجيب: حيث عرضت شركات مثل Delta وEaton وVertiv تصاميم جديدة تتناسب مع عصر الذكاء الاصطناعي. يتم استبدال التحويلات المعقدة وغير الفعالة من التيار المتردد إلى التيار المستمر تدريجياً بتكوينات التيار المستمر، على الأقل في مراكز البيانات ذات النطاق الواسع.
يقول كريس تومسون، نائب رئيس التكنولوجيا المتقدمة والميكروجرادات العالمية في Vertiv: “بينما لا يزال توزيع التيار المتردد راسخًا، فإن التقدم في الإلكترونيات الكهربائية والطلبات المتزايدة على بنية الذكاء الاصطناعي تسرع من الاهتمام بتصميمات التيار المستمر”.
تحديات تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر
اليوم، تم تصميم جميع مراكز البيانات تقريبًا حول الطاقة الكهربائية من التيار المتردد. يتضمن المسار الكهربائي عدة تحويلات قبل أن تصل الطاقة إلى الحمل الحاسوبي. عادة ما تدخل الطاقة إلى مركز البيانات كتيار متردد متوسط الجهد (من 1 إلى 35 كيلو فولت)، ثم يتم تخفيضها إلى تيار متردد منخفض الجهد (480 أو 415 فولت) باستخدام محول، ثم يتم تحويلها إلى تيار مستمر داخل وحدة الطاقة غير المنقطعة (UPS) للتخزين في البطارية، ثم يتم تحويلها مرة أخرى إلى تيار متردد، وأخيرًا يتم تحويلها مرة أخرى إلى تيار مستمر منخفض الجهد (عادة 54 فولت تيار مستمر) عند الخادم، مما يوفر الطاقة التي تحتاجها شرائح الحوسبة.
يقول لويس فرناندو هويت دي باسيلار، نائب رئيس الهندسة والتكنولوجيا في Eaton: “تضمن عملية التحويل المزدوج أن يكون التيار المتردد الناتج نظيفًا ومستقرًا ومناسبًا لخوادم مراكز البيانات”.
كان هذا الإعداد يعمل بشكل جيد بما يكفي لمستويات الطاقة المطلوبة من قبل مراكز البيانات التقليدية. تسحب رفوف الحوسبة التقليدية في مراكز البيانات حوالي 10 كيلو واط لكل منها. أما بالنسبة للذكاء الاصطناعي، فإن هذا يقترب من 1 ميغاوات. عند هذا الحجم، تصبح خسائر الطاقة ومستويات التيار ومتطلبات النحاس الناتجة عن تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر صعبة التبرير بشكل متزايد. كل تحويل يتسبب في بعض فقدان الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة كمية الطاقة التي يجب توصيلها، يصبح الحجم الكبير للمحولين ومتطلبات الموصلات من القضبان النحاسية غير قابلة للتحمل. وفقًا لمدونة Nvidia، قد يتطلب رف بقدرة 1 ميغاوات ما يصل إلى 200 كيلوغرام من القضبان النحاسية. لمركز بيانات بقدرة 1 جيغاوات، يمكن أن يصل ذلك إلى 200,000 كيلوغرام من النحاس.
فوائد الطاقة ذات الجهد العالي من التيار المستمر
من خلال تحويل الطاقة من الشبكة الكهربائية بجهد 13.8 كيلو فولت إلى تيار مستمر بجهد 800 فولت مباشرة عند محيط مركز البيانات، يتم القضاء على معظم خطوات التحويل الوسيطة. وهذا يقلل من عدد المراوح ووحدات الطاقة، مما يؤدي إلى زيادة موثوقية النظام، وتقليل فقد الحرارة، وتحسين كفاءة الطاقة، وتقليل حجم المعدات.
يقول فرناندو: “كل تحويل للطاقة بين الشبكة الكهربائية أو مصدر الطاقة ورقائق السيليكون داخل الخوادم يتسبب في فقدان بعض الطاقة”.
يمكن أن يؤدي التحويل من 415 فولت تيار متردد إلى 800 فولت تيار مستمر في توزيع الطاقة إلى نقل 85% طاقة أكثر من خلال نفس حجم الموصل. يحدث ذلك لأن الجهد العالي يقلل من الطلب على التيار، مما يقلل من الخسائر المقاومة ويجعل نقل الطاقة أكثر كفاءة. يمكن أن تتحمل الموصلات الأرق نفس الحمل، مما يقلل من متطلبات النحاس بنسبة 45%، ويحسن الكفاءة بنسبة 5%، ويقلل من التكلفة الإجمالية للملكية بنسبة 30% لمرافق بقدرة جيغاوات.
يقول تومسون من Vertiv: “في بنية التيار المستمر ذات الجهد العالي، يتم تحويل الطاقة من الشبكة من التيار المتردد متوسط الجهد إلى تيار مستمر بجهد حوالي 800 فولت ثم يتم توزيعه في جميع أنحاء المنشأة عبر حافلة تيار مستمر”. “عند الرف، تقوم المحولات المدمجة من التيار المستمر إلى التيار المستمر بتخفيض ذلك الجهد لوحدات معالجة الرسوميات ووحدات المعالجة المركزية”.
تدعي تقارير من مجموعة الاستشارات التكنولوجية Omdia أن مراكز البيانات ذات الجهد العالي من التيار المستمر قد ظهرت بالفعل في الصين. في الأمريكتين، تعد مبادرة Mt. Diablo (وهي تعاون بين Meta وMicrosoft ومشروع Open Compute) تجربة لتوزيع الطاقة بجهد 400 فولت تيار مستمر.
تحاول مجموعة من البائعين التقدم في هذا المجال. سيكون نظام Vertiv بجهد 800 فولت من التيار المستمر الذي يتكامل مع منصات Nvidia Vera Rubin Ultra Kyber متاحًا تجاريًا في النصف الثاني من عام 2026. كما أن Eaton قد تقدمت بشكل جيد في ابتكارات أنظمة التيار المستمر بجهد 800 فولت بفضل محول الحالة الصلبة متوسط الجهد (SST) الذي سيكون في قلب نظام توزيع الطاقة بالتيار المستمر. وفي الوقت نفسه، أصدرت Delta وحدات الطاقة بجهد 800 فولت بقدرة 660 كيلو واط مع 480 كيلو واط من وحدات احتياطي الطاقة المدمجة. وتعمل SolarEdge بجد على محول SST بكفاءة 99% والذي سيتم إقرانه مع وحدة UPS تعمل بالتيار المستمر وطبقة توزيع الطاقة بالتيار المستمر.
لكن الكثير من الصناعة لا تزال متأخرة. يقول باتريك هيوز، نائب الرئيس الأول للاستراتيجية والشؤون الفنية والصناعية لجمعية مصنعي الكهرباء الوطنية، إن معظم الابتكارات تحدث عند مستوى 400 فولت تيار مستمر، على الرغم من أن البعض يستعد للتيار المستمر بجهد 800 فولت. يعتقد أن الصناعة بحاجة إلى نظام بيئي متكامل ومنسق، بما في ذلك الإلكترونيات الكهربائية والحماية والموصلات والاستشعار والمكونات الآمنة التي تتوسع معًا بدلاً من العزلة. وهذا يتطلب بدوره إعادة تجهيز القدرة التصنيعية لمعدات محددة للتيار المستمر، وتوسيع إمدادات أشباه الموصلات والمواد، والتزامات الطلب طويلة الأجل الواضحة التي تبرر استثمارات رأس المال الكبيرة عبر سلسلة القيمة.
يقول هيوز: “يتبنى الكثيرون نهجًا حذرًا، حيث يقدمون حلولًا محدودة أو معدلة في انتظار معايير أو أطر سلامة أو التزامات من العملاء أكثر وضوحًا”. “سيعتمد بناء سلسلة التوريد على استقرار المعايير وأطر السلامة حتى يتمكن الموردون من تصميم وتصديق وتصنيع وتركيب المعدات بثقة”.
مع استمرار الابتكارات في هذا المجال، سيكون من المهم متابعة التطورات لضمان تحقيق أقصى استفادة من هذه التحولات.
