ملخص النقاط الرئيسية
أدى تدريب النماذج الكبيرة للذكاء الاصطناعي إلى زيادة هائلة في استهلاك الطاقة من قبل مراكز البيانات، مما جعل النظام التقليدي للتزويد بالطاقة المستمرة ذات الجهد المنخفض (54 فولت) غير قادر على تلبية الاحتياجات. فالمساحات غير كافية لوضع مصادر الطاقة، ومواد النحاس ثقيلة جدًا، بالإضافة إلى أن كفاءة التحويل منخفضة، مما يؤثر سلبًا على استقرار الشبكة الكهربائية. لذلك، قدمت شركة إنفيديا حلاً يعتمد على التزويد بالطاقة المستمرة ذات الجهد العالي (800 فولت)، حيث يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر بجهد 800 فولت مباشرة في مركز البيانات، مما يقلل من خطوات التحويل ويؤدي إلى تحسين الكفاءة وتقليل استهلاك النحاس وخفض تكاليف الصيانة. هذا الحل يشمل ثلاث فئات رئيسية من الشركات: أشباه الموصلات عالية القدرة (SiC/GaN)، ووحدات تزويد الطاقة، وبنية مراكز البيانات. ومن المتوقع أن يتم تطبيقه على نطاق واسع بحلول عام 2027 كاستجابة جماعية لاحتياجات الذكاء الاصطناعي من حيث القوة الحسابية.
تفسير مفصل
#### 1. لماذا لا يمكن للنظام التقليدي تلبية احتياجات الذكاء الاصطناعي من الطاقة؟
كانت مراكز البيانات تستخدم في الماضي نظام التزويد بالطاقة المستمرة ذات الجهد المنخفض (54 فولت)، حيث يتم تحويل التيار المتردد من الشبكة الكهربائية إلى تيار مستمر عدة مرات قبل إرساله إلى الخوادم. هذا النظام ناضج، لكنه لا يتماشى مع احتياجات الذكاء الاصطناعي:
- زيادة استهلاك الطاقة: ارتفع استهلاك الطاقة لوحدات معالجة الرسوميات من إنفيديا (GPU) بنسبة 75% من H100 إلى Blackwell، وزادت كثافة استهلاك الطاقة في الرف الذي يحتوي على 72 وحدة معالجة بمقدار 3.4 أضعاف؛ ومن المتوقع أن يحتوي رف Kyber على 576 وحدة معالجة، مما يعادل استهلاك طاقة يقارب الميغاواط (ما يعادل استهلاك 1000 جهاز تكييف منزلي في نفس الوقت).
- نقص المساحة: يتطلب الرف ذو القدرة الميغاواطية وحدات تزويد بالطاقة بحجم 64U (بينما الرف القياسي يحتوي على 42U)، مما يؤدي إلى امتلاء المساحة وعدم توافر مكان كافٍ لوضع وحدات المعالجة.
- ثقل النحاس: يتطلب نقل طاقة بقدرة ميغاواطية استخدام 200 كيلوغرام من النحاس، وهو أمر غير عملي في مراكز البيانات ذات القدرة الكبيرة.
- انخفاض الكفاءة والتسخين: تؤدي عمليات التحويل المتعددة إلى هدر للطاقة، بالإضافة إلى تراكم الحرارة مما يزيد من خطر حدوث أعطال.
- تقلبات الشبكة: أثناء تدريب الذكاء الاصطناعي، تتغير قوة التيار بشكل مفاجئ، مما يؤدي إلى عدم استقرار الشبكة الكهربائية.
لذلك، أصبح استخدام نظام 800VDC خيارًا ضروريًا لمواجهة هذه التحديات.
#### 2. مزايا نظام 800VDC
الفكرة الأساسية وراء حل إنفيديا هي تقليل عدد خطوات التحويل، مما يؤدي إلى ثلاث فوائد رئيسية:
- زيادة الكفاءة بنسبة 5%: يتم تقليل هدر الطاقة، مما يوفر الكثير من الطاقة. على سبيل المثال، يمكن لمركز بيانات يستهلك 1 مليار كيلوواط ساعة من الطاقة سنويًا توفير 50 مليون كيلوواط ساعة (ما يعادل استهلاك 50 ألف أسرة في عام).
- تقليل استهلاك النحاس بنسبة 45%: يمكن لجهد 800 فولت نقل كمية أكبر من الطاقة باستخدام أسلاك بنفس السمك، ويتطلب ذلك فقط 3 أسلاك (مقارنة بـ 4 أسلاك في التيار المتردد)، مما يقلل من تكلفة ووزن النحاس.
- خفض تكاليف الصيانة بنسبة 70%: مع قلة خطوات التحويل، تقل نقاط الأعطال، مما يوفر المال والوقت في الصيانة ويقلل من التكلفة الإجمالية لامتلاك المعدات.
بالإضافة إلى ذلك، يحل هذا النظام مشكلة تقلبات الطاقة: حيث تقوم البطاريات الفائقة بامتصاص التقلبات الحادة في غضون ميلي ثوانٍ، وتساعد خلايا التخزين على تخفيف التقلبات على المدى الدقيق، مما يحافظ على استقرار الشبكة.
#### 3. من سيستفيد من هذا التغيير في سلسلة التوريد؟
تطبيق نظام 80VDC يتطلب تعاون جميع الشركات المشاركة في سلسلة التوريد، والتي تنقسم إلى ثلاث فئات رئيسية:
- أشباه الموصلات عالية القدرة: هناك حاجة إلى أشباه موصلات قادرة على تحمل جهد 800 فولت، مثل سيليكون كاربيد (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN). شركات مثل STMicroelectronics وإنفيديا تعمل على تطوير هذه التقنيات، بينما تقدم شركات أخرى حلولًا كاملة.
- وحدات تزويد الطاقة: يجب تصميم وحدات التزويد لتوصيل الطاقة بأمان إلى الرفوف، وشركة Delta هي أحد الموردين الرئيسيين.
- بنية مراكز البيانات: يجب تطبيق نظام 80VDC بشكل كامل من مدخل الشبكة إلى الرفوف، وتعمل شركات مثل Vertiv وEaton على تطوير المعايير الصناعية.
هذه الشركات ستكون من بين أولئك الذين يستفيدون مباشرة من هذا التغيير.
#### 4. ما المعنى لهذا التغيير بالنسبة للصناعة؟
- اتجاه لا مفر منه: تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يتضاعف استهلاك الطاقة في مراكز البيانات عالميًا بحلول عام 2030 (ليصل إلى 945 تيراواط ساعة، ما يعادل استهلاك اليابان لعام كامل)، وبالتالي فإن تحسين كفاءة نظام 80VDC أمر ضروري.
- فرص جديدة: سيوفر هذا التغيير فرصًا للابتكار وزيادة الكفاءة في مراكز البيانات، مما يؤدي إلى تحسين أداء الأعمال.