Datakeskusten sähkösyöppö tekoälyaikakausi pakottaa koko teollisuuden uudistamaan infrastruktuurinsa. Kun tekoälypalvelimet nielevät yhä enemmän virtaa, perinteiset 48 voltin tehonsyöttöjärjestelmät eivät enää riitä. Nyt katse on kääntynyt kohti 800 voltin – ja pian jopa 1500 voltin – jännitetasoja, jotka lupaavat parempaa hyötysuhdetta ja pienempiä häviöitä, mutta myös aivan uudenlaisia teknisiä haasteita.
Puolijohdevalmistaja ROHM esittelee tuoreessa white paperissaan 800 voltin DC-arkkitehtuurin, joka on kehitetty erityisesti tekoälypalvelimien ja niin sanottujen AI-factory-datakeskusten tarpeisiin. Käytännössä se tarkoittaa, että virransyöttöjärjestelmä rakennetaan uudelleen: verkkosähkö muunnetaan 800 voltin tasajännitteeksi jo datakeskuksen sisääntulossa, ja sieltä teho jaetaan suoraan räkkeihin ilman monivaiheisia muunnoksia.
Tavoite on selvä – vähentää häviöitä ja vapauttaa tilaa. Korkeampi jännite tarkoittaa pienempää virtaa, mikä vähentää kuparikaapeleiden paksuutta ja painoa. ROHM arvioi, että siirtymä 800 volttiin voi pienentää kaapelien kuparinkulutusta jopa 45 prosenttia ja nostaa kokonaishyötysuhteen viidellä prosenttiyksiköllä. Näillä luvuilla on merkitystä, kun yksittäisen GPU-räkin teho nousee jo yli 100 kilowattiin – ja tulevaisuudessa jopa megawattiin.
Nvidian aloitteesta liikkeelle lähtenyt 800 VDC -malli on nyt koko alan megatrendi. Nexperian strategiajohtaja Dirk Wittorf varoitti jo aiemmin, että tekoäly uhkaa yksinkertaisesti kuluttaa maailman sähkövarannot loppuun. Hänen mukaansa tekoälypalvelimet käyttävät nelinkertaisesti enemmän sähköä kuin perinteiset pilvipalvelimet, ja globaalisti datakeskusten kulutus voi nousta 1000 terawattituntiin vuoteen 2030 mennessä – saman verran kuin sadan ydinvoimalan tuotanto.
Korkeajännite tuo mukanaan myös uuden sukupolven elektroniikkaa. Perinteinen piipohjainen tehotekniikka ei enää riitä, vaan tarvitaan laajakaista-aineita kuten piikarbidi (SiC) ja galliumnitridi (GaN). ROHM:n mukaan optimaalinen ratkaisu on käyttää SiC-komponentteja virtalähteen ACDC-osassa ja GaN-laitteita räkissä toimivissa DCDC-muuntimissa. Yhdistelmä voi yltää jopa 99,5 prosentin hyötysuhteeseen.
800 voltin arkkitehtuuri muuttaa myös datakeskusten rakennetta. Perinteinen virtalähde ei enää sijaitse palvelinrivin sisällä, vaan sen rinnalle lisätään niin sanottu sidecar power rack, joka hoitaa muunnoksen verkkosähköstä 800 volttiin. Tämä vapauttaa tilaa GPU-korteille ja jäähdytykselle – kriittiselle resurssille AI-palvelimissa.
ROHM arvioi, että tulevaisuuden tekoälykeskuksissa siirrytään megawatin räkkeihin, jolloin tehokas jakelu, lämpöhallinta ja varavoima muodostuvat keskeisiksi suunnitteluhaasteiksi. Samalla myös komponenttien ja kondensaattorien valinta nousee uuteen rooliin: 800 voltin tasolla perinteisiä elektrolyyttikondensaattoreita ei voi enää käyttää, vaan ne on korvattava kalliimmilla kalvo- tai monikerrosratkaisuilla.
Kokonaisuutena siirtymä 800 volttiin ei ole vain insinööritekninen päivitys – se on datakeskusten elinehto. Ilman korkeampaa jännitettä ja tehokkaampaa tehoelektroniikkaa tekoälyn kasvua ei yksinkertaisesti voida ylläpitää.
White paperiin voi tutustua täällä.
