作者 | 史正丞
北京時(shí)間周三午后，全球功率半導(dǎo)體龍頭英飛凌近月發(fā)布的一份白皮書引發(fā)市場側(cè)目。其中，英飛凌對未來AI數(shù)據(jù)供電技術(shù)路線圖的預(yù)測格外引人關(guān)注。
作為背景，英飛凌正利用其技術(shù)優(yōu)勢拓展AI數(shù)據(jù)中心、機(jī)器人領(lǐng)域的前沿應(yīng)用。眼下英飛凌正在與英偉達(dá)合作開發(fā)用于下一代AI機(jī)架的電力系統(tǒng)，其直流電壓可以高達(dá)800V。
在題為《AI供電的未來——重新定義AI數(shù)據(jù)中心供電》的白皮書中，英飛凌就現(xiàn)代處理器、AI服務(wù)器機(jī)架和數(shù)據(jù)中心整體供電三方面，共提出7大預(yù)測。
預(yù)測一：垂直供電將成為現(xiàn)代處理器的關(guān)鍵技術(shù)
處理器方面，英飛凌表示隨著GPU和TPU等AI處理器尺寸不斷變大，其總電流消耗預(yù)計(jì)將在十年內(nèi)攀升至10,000A。傳統(tǒng)橫向供電在“電流密度、損耗、空間上已不可持續(xù)”。因此，未來電能將通過主板，以垂直供電的方式傳遞至處理器背面。
預(yù)測二：服務(wù)器主板將采用高壓直流供電架構(gòu)
英飛凌認(rèn)為，隨著單個(gè)機(jī)架中GPU集群的規(guī)模不斷擴(kuò)大，單機(jī)架功率需求將很快突破1兆瓦，甚至更高。該白皮書預(yù)計(jì)，隨著單機(jī)架功率達(dá)到200至250千瓦時(shí)后，既有的48V生態(tài)體系將轉(zhuǎn)向高壓直流供電，即800V或±400V架構(gòu)。
這也意味著高壓直流電需要在板級完成后續(xù)電壓轉(zhuǎn)換。未來的服務(wù)器主板也將需要配備更多功能模塊，例如電子保險(xiǎn)絲和熱插拔模塊等。
預(yù)測三：AI服務(wù)器機(jī)架功耗將超過1兆瓦（MW）
在面向萬億參數(shù)級超大規(guī)模AI模型的訓(xùn)練場景中，數(shù)千顆GPU需要在同一系統(tǒng)中以高度同步的方式運(yùn)行，為降低通信延遲并提升系統(tǒng)效率，行業(yè)正不斷推動(dòng)在單個(gè)IT機(jī)架內(nèi)集成更多算力節(jié)點(diǎn)。
英飛凌預(yù)計(jì)，隨著服務(wù)器架構(gòu)從傳統(tǒng)托盤式設(shè)計(jì)向高密度刀片式形態(tài)演進(jìn)，當(dāng)單機(jī)架內(nèi)部署多達(dá)數(shù)十臺(tái)刀片服務(wù)器時(shí)，其總功率水平將在未來十年內(nèi)突破1兆瓦。
在這一功率密度下，機(jī)架內(nèi)部空間將成為關(guān)鍵約束因素。電源模塊、儲(chǔ)能單元及峰值電流補(bǔ)償?shù)裙δ軐⒅鸩綇闹鳈C(jī)架中剝離，轉(zhuǎn)移至側(cè)柜或輔助機(jī)架，以釋放空間并提升系統(tǒng)可擴(kuò)展性。
預(yù)測四：電源架功率等級將突破100千瓦
隨著AI服務(wù)器機(jī)架功率持續(xù)上升，業(yè)界傳統(tǒng)的電源模塊（PSU）標(biāo)準(zhǔn)也將難以為繼。
英飛凌介紹稱，相較傳統(tǒng)上輸出功率3千瓦和5.5千瓦、輸出電壓48V的電源模塊，12千瓦PSU將成為新的基礎(chǔ)單元。通過在電源架中高度集成多臺(tái)高功率電源模塊，單個(gè)電源架的輸出能力將邁過100千瓦門檻，并為兆瓦級IT機(jī)架供電提供支撐。
同時(shí)，數(shù)據(jù)中心將逐步從單相PSU轉(zhuǎn)向三相PSU，在側(cè)柜中直接生成高壓直流電。
預(yù)測五：新一代數(shù)據(jù)中心功率需求將邁向吉瓦級規(guī)模
英飛凌在白皮書中指出，當(dāng)前新建的大型數(shù)據(jù)中心用電需求已普遍達(dá)到數(shù)百兆瓦水平，而在AI算力需求持續(xù)擴(kuò)張的背景下，未來將出現(xiàn)專門服務(wù)于人工智能的“AI工廠”。在同一數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)，這類設(shè)施的整體功率需求將達(dá)到吉瓦級，甚至可能超過數(shù)吉瓦。
如此龐大的負(fù)載規(guī)模也將給電網(wǎng)穩(wěn)定性和能源調(diào)度帶來前所未有的挑戰(zhàn)，將要求在供電體系中引入更強(qiáng)的瞬態(tài)負(fù)載緩沖能力與大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)。
預(yù)測六：配電體系將從交流系統(tǒng)轉(zhuǎn)向直流微電網(wǎng)
當(dāng)數(shù)據(jù)中心整體功率需求逼近吉瓦級時(shí)，傳統(tǒng)以交流為核心、包含多級AC-DC和DC-AC轉(zhuǎn)換的配電架構(gòu)將因效率損耗和系統(tǒng)復(fù)雜性而難以持續(xù)。
英飛凌判斷，未來AI數(shù)據(jù)中心將逐步采用以高壓直流母線為核心的直流微電網(wǎng)架構(gòu)，由中壓交流電網(wǎng)集中整流并直接向服務(wù)器機(jī)架分配高壓直流電能，從而顯著減少轉(zhuǎn)換級數(shù)并提升整體能效。
在這一體系中，固態(tài)變壓器與固態(tài)斷路器將成為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，使“從電網(wǎng)到處理器核心”的全半導(dǎo)體供電鏈路成為可能。
預(yù)測七：可再生能源將成為支撐AI數(shù)據(jù)中心增長的關(guān)鍵
在AI驅(qū)動(dòng)全球電力需求快速增長的背景下，英飛凌強(qiáng)調(diào)，數(shù)據(jù)中心已成為部分地區(qū)最大的用電主體之一，僅依賴化石能源將難以支撐AI的長期擴(kuò)張。
英飛凌也精簡地概括稱：沒有電力，就沒有AI。
白皮書指出，未來AI數(shù)據(jù)中心必須在發(fā)電側(cè)深度整合可再生能源與儲(chǔ)能系統(tǒng)。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商將通過投資本地自建發(fā)電設(shè)施，以及與公用電網(wǎng)簽訂購電協(xié)議（PPA），進(jìn)一步整合其數(shù)據(jù)中心的可再生能源和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。太陽能、風(fēng)電與燃料電池將成為主導(dǎo)性可再生能源，并在未來十年及之后，在部分地區(qū)逐步引入地?zé)崮堋?/span>
另外，核電和小型模塊化反應(yīng)堆則可能在更長期提供穩(wěn)定的零碳電力。非可再生能源（例如天然氣）也將在滿足AI能耗需求方面發(fā)揮一定作用。
