La nuova architettura è progettata per supportare i rack su scala megawatt che presto arriveranno nelle moderne fabbriche di intelligenza artificiale.
La crescita esponenziale dei carichi di lavoro di intelligenza artificiale sta aumentando la domanda di energia dei data center. La tradizionale distribuzione di energia in rack a 54 V, progettata per rack su scala kilowatt (KW), non è progettata per supportare i rack su scala megawatt (MW) che presto arriveranno nelle moderne fabbriche di intelligenza artificiale.
NVIDIA sta guidando la transizione verso un’infrastruttura di alimentazione HVDC a 800 V per data center, per supportare rack IT da 1 MW e oltre, a partire dal 2027. Per accelerare l’adozione, NVIDIA sta collaborando con i principali partner del settore elettrico dei data center, tra cui:
- Fornitori di silicio: Infineon, MPS, Navitas, ROHM, STMicroelectronics, Texas Instruments
- Componenti del sistema di alimentazione: Delta, Flex Power, Lead Wealth, LiteOn, Megmeet
- Sistemi di alimentazione per data center: Eaton, Schneider Electric, Vertiv
Questa iniziativa stimolerà innovazioni volte a stabilire un’erogazione di energia scalabile e ad alta efficienza per i carichi di lavoro di intelligenza artificiale di prossima generazione, per garantire una maggiore affidabilità e una ridotta complessità delle infrastrutture.
I limiti dei sistemi di alimentazione rack legacy
Gli attuali rack nelle fabbriche di intelligenza artificiale si basano sulla distribuzione di energia a 54 V DC, dove ingombranti barre collettrici in rame trasferiscono l’elettricità dai ripiani di alimentazione montati sui rack ai vassoi di elaborazione. Man mano che i rack superano i 200 kilowatt, questo approccio inizia a scontrarsi con i limiti fisici:
- Limitazioni di spazio: gli attuali NVIDIA GB200 NVL72 o NVIDIA GB300 NVL72 dispongono di un massimo di otto alimentatori per fornire energia ai sistemi di elaborazione e commutazione MGX. Utilizzando la stessa distribuzione di alimentazione a 54 V DC, gli alimentatori consumerebbero fino a 64 U di spazio rack per Kyber su scala MW, senza lasciare spazio per l’elaborazione. Al GTC 2025, NVIDIA ha presentato un sidecar da 800 V per alimentare 576 GPU Rubin Ultra in un singolo rack Kyber. L’approccio alternativo consiste nell’utilizzare un rack dedicato di alimentatori per ogni rack di elaborazione.
- Sovraccarico di rame: la fisica dell’utilizzo di 54 V DC in un singolo rack da 1 MW richiede fino a 200 kg di barre collettrici in rame. Le sole barre collettrici del rack in un singolo data center da 1 gigawatt (GW) potrebbero richiedere fino a mezzo milione di tonnellate di rame. È evidente che l’attuale tecnologia di distribuzione dell’energia non è sostenibile in un futuro di data center da 1 gigawatt (GW).
- Conversioni inefficienti: le ripetute trasformazioni AC/DC lungo la catena di alimentazione non sono efficienti dal punto di vista energetico e aumentano i punti di possibili guasti.
La rivoluzione HVDC a 800 V
L’architettura NVIDIA 800 V HVDC riduce al minimo le conversioni di energia.L’architettura NVIDIA HVDC a 800 V affronta queste sfide attraverso una riprogettazione olistica. NVIDIA sta collaborando con l’ecosistema di alimentazione dei data center per individuare le innovazioni e i cambiamenti necessari per realizzare questo concetto.
Dalla rete alla power room
La distribuzione di energia tradizionale per i data center prevede molteplici conversioni di tensione, che possono generare inefficienze e aumentare la complessità del sistema elettrico.
Convertendo l’alimentazione di rete a 13,8 kV AC direttamente in HVDC a 800 V lungo il perimetro del data center utilizzando raddrizzatori di livello industriale, si eliminano la maggior parte dei passaggi di conversione intermedi. Questo approccio semplificato riduce al minimo le perdite di energia, che in genere si verificano durante le molteplici trasformazioni AC/DC e DC/DC.
Questo approccio riduce inoltre significativamente il numero di alimentatori (PSU) con ventole necessari nella catena di alimentazione. Un minor numero di PSU e ventole si traduce in una maggiore affidabilità del sistema, una minore dissipazione del calore e una migliore efficienza energetica, rendendo la distribuzione HVDC una soluzione più efficace per i data center moderni e riducendo significativamente il numero totale di componenti.
Grazie alla conversione AC/DC in un unico passaggio, il sistema beneficia di un flusso di potenza più diretto ed efficiente, riducendo la complessità elettrica e le esigenze di manutenzione. Saranno comunque necessarie innovazioni per garantire la massima affidabilità della protezione da sovracorrente e i vantaggi in termini di manutenzione.
L’HVDC riduce inoltre le perdite di trasmissione e offre una migliore stabilità di tensione, garantendo un’erogazione di potenza costante alle infrastrutture critiche e riducendo al contempo i costi complessivi del rame e dei materiali. Questa progettazione può migliorare l’efficienza operativa semplificando al contempo l’architettura di alimentazione dei data center.
Gestione dell’alimentazione a livello di riga
L’utilizzo di blindosbarre da 800 V e la commutazione da 415 V AC a 800 V DC nella distribuzione elettrica consentono di trasmettere l’85% di potenza in più attraverso le stesse dimensioni dei conduttori.
Questo perché una tensione più elevata riduce la richiesta di corrente, riducendo le perdite resistive e rendendo più efficiente il trasferimento di potenza.
Con correnti inferiori, conduttori più sottili possono gestire lo stesso carico, riducendo il fabbisogno di rame del 45%. Inoltre, i sistemi a corrente continua eliminano le inefficienze specifiche della corrente alternata, come l’effetto pelle e le perdite di potenza reattiva, migliorando ulteriormente l’efficienza.
Adottando la distribuzione a 800 V in corrente continua, gli impianti ottengono una maggiore capacità di potenza, una migliore efficienza energetica e costi dei materiali inferiori.
Implementazione del rack IT
Adottando l’ingresso diretto a 800 V, i rack di elaborazione possono gestire in modo efficiente l’alimentazione senza dover ricorrere a stadi di conversione AC/DC integrati.
Questi rack accettano alimentazioni a 800 V a due conduttori e utilizzano la conversione DC/DC nel rack di elaborazione per pilotare i dispositivi GPU. L’eliminazione degli elementi di conversione AC/DC a livello di rack libera spazio prezioso per più risorse di elaborazione, consentendo configurazioni a densità più elevata e una migliore efficienza di raffreddamento.
Rispetto alla tradizionale conversione AC/DC, che richiede moduli di alimentazione aggiuntivi, l’ingresso diretto a 800 V semplifica la progettazione migliorando al contempo le prestazioni.
Principali vantaggi della soluzione HVDC a 800 V
Scalabilità: supporta rack da 100 kW a oltre 1 MW utilizzando la stessa infrastruttura di alimentazione del data center, consentendo un’espansione senza interruzioni.
Efficienza: migliora l’efficienza end-to-end fino al 5% rispetto agli attuali sistemi a 54 V, garantendo un migliore utilizzo dell’energia.
Riduzione del rame: rispetto alle tradizionali architetture da 415 V AC o 480 V DC, l’HVDC da 800 V consente riduzioni significative di corrente, utilizzo di rame e perdite termiche lungo la dorsale del data center.
Affidabilità: gli alimentatori tradizionali per rack IT dipendono dall’eccesso di risorse per ridurre i tempi di inattività, ma questo comporta frequenti cicli di manutenzione per sostituire i moduli guasti. Sebbene la centralizzazione della conversione dell’alimentazione migliori l’affidabilità del sistema, il rilevamento dei guasti e la facilità di manutenzione nei sistemi HVDC rappresentano un’area chiave per l’innovazione.
I limiti di spazio negli alimentatori per rack IT contribuiscono a creare problemi termici, creando compromessi tra costi e affidabilità a lungo termine. Spostare la conversione di potenza fuori dal rack mitiga questi rischi.
A prova di futuro: progettato per soddisfare i requisiti dei rack da 1 MW, con la possibilità di scalare in modo efficiente anche su rack con potenza maggiore, in base all’evoluzione delle esigenze dei data center.
Affrontare le sfide dell’HVDC a livello di impianto
Sebbene in passato siano state sperimentate architetture DC ad alta tensione, la loro ampia diffusione è stata limitata da difficoltà tecniche e di implementazione. Oggi, la convergenza tra densità di rack basate sull’intelligenza artificiale, progressi nella conversione di potenza e la base industriale costruita attorno agli standard di ricarica per veicoli elettrici sta cambiando le carte in tavola.
L’implementazione di sistemi HVDC a 800 V a livello di impianto introduce nuove sfide in termini di sicurezza, standard e formazione del personale. NVIDIA e i suoi partner stanno studiando attivamente le implicazioni in termini di CapEx, OpEx e sicurezza sia degli approcci tradizionali basati su trasformatori che di quelli basati su trasformatori a stato solido (SST) per consentire questa transizione.
Il percorso da seguire
L’HVDC a 800 V non riguarda solo i rack di oggi, ma anche l’infrastruttura di intelligenza artificiale a prova di futuro. La produzione su larga scala di data center HVDC a 800 V coinciderà con l’introduzione dei sistemi rack-scale NVIDIA Kyber nel 2027, garantendo una scalabilità senza soluzione di continuità per modelli di intelligenza artificiale sempre più esigenti.
Le soluzioni di accumulo di energia per aiutare l’infrastruttura dei data center a gestire picchi di carico e fluttuazioni di potenza delle GPU su scala inferiore al secondo fanno parte dell’architettura HVDC a 800 V.
Poiché i carichi di lavoro di intelligenza artificiale richiedono una potenza di calcolo per query da 100 a 1.000 volte superiore, questa architettura consente una crescita sostenibile riducendo al contempo il costo totale di proprietà (TCO) fino al 30% attraverso miglioramenti in termini di efficienza, affidabilità e architettura di sistema.
Principali guadagni di efficienza
- Miglioramento fino al 5% dell’efficienza energetica end-to-end
- Costi di manutenzione ridotti fino al 70% grazie a minori guasti dell’alimentatore e minori costi di manodopera per la manutenzione dei componenti
- Riduzione delle spese di raffreddamento grazie all’eliminazione degli alimentatori AC/DC all’interno dei rack IT
NVIDIA non si limita a sviluppare GPU sempre più performanti, ma sta riprogettando l’intero stack di potenza per liberare appieno il potenziale dell’IA.
