La densità dei rack nei data center è in rapido aumento, per venire incontro ai crescenti carichi di lavoro legati all’intelligenza artificiale (AI) e al calcolo ad alte prestazioni (HPC). Di conseguenza, l’architettura per la loro alimentazione sta cambiando, con l’approccio a 800 VDC (corrente continua) che si sta affermando come nuovo standard per l’alimentazione dei rack.

Parallelamente a questa evoluzione, le implicazioni relative al raffreddamento dell’architettura a 800 VDC stanno diventando critiche; man mano che questa tipologia di alimentazione si diffonde nascono nuove esigenze per la gestione del calore nei data center, richiedendo agli operatori un aggiornamento dei sistemi di raffreddamento dei rack ad alta densità.

Tuttavia, le implementazioni iniziali delle soluzioni a 800 VDC non impongono necessariamente un drastico cambiamento nell’infrastruttura di raffreddamento.
La modifica più significativa nell’architettura di raffreddamento si è avuta alcuni anni fa, con l’introduzione di GPU più potenti e con il raggiungimento di una soglia di densità di alcune centinaia di kW di potenza in ciascun rack.

I gestori dei data center hanno già previsto (o stanno pianificando di farlo) sistemi di liquid cooling per gestire l’aumento del calore; questi sistemi sono progettati per scalare in funzione della crescita del computing ad alta densità (compresi appunto i rack a 800 VDC) e possono raffreddare anche l’infrastruttura di alimentazione man mano che questa evolve.

Perché l’alimentazione a 800 VDC è importante per i data center

L’alimentazione a 800 VDC risponde alla sfida di alimentare rack che raggiungono i 400 kW e oltre, superando di gran lunga i limiti dei tradizionali sistemi in corrente alternata e di quelli a 48 VDC. Nell’ambito di una più ampia transizione verso gli 800 V, l’alimentazione è fornita al rack in corrente continua, spostando la conversione da CA a CC al di fuori dell’armadio destinato ai componenti prettamente IT.

In pratica, ciò è reso possibile dall’implementazione di rack di alimentazione a 800 VDC (chiamati anche “sidecar”) senza che siano richieste modifiche significative all’infrastruttura a monte negli ambienti esistenti, compresi i sistemi di alimentazione dei data center hyperscale. In termini di raffreddamento, le CDU (Coolant Distribution Unit, Unità di Distribuzione del Refrigerante) hanno inizialmente svolto un ruolo analogo, consentendo l’introduzione del raffreddamento a liquido nei data center precedentemente raffreddati ad aria.

L’impatto sul whitespace

Le prime applicazioni legate all’uso a 800 VDC si concentreranno sulle GPU di ultima generazione e dalle prestazioni più elevate, che alzano ulteriormente la densità di potenza per singolo rack. Sebbene il calore generato possa essere gestito dagli attuali sistemi di liquid cooling, la quantità di calore dissipata nel circuito TCS (Thermal Control System, Sistema di Controllo Termico) aumenterà all’aumentare del numero di rack. Inoltre, la velocità di assorbimento del calore nei circuiti a liquido aumenterà insieme alla crescita del numero di componenti presenti nel rack stesso. Ciò include le busbar da 50 VDC e gli alimentatori, che passeranno anch’essi al raffreddamento a liquido per permettere un ulteriore incremento di densità di potenza negli armadi.

Nelle prime applicazioni, i sidecar di alimentazione collocati a fianco dei rack (nel whitespace, lo spazio destinato specificamente agli armadi IT) dovranno essere considerati dal punto di vista del raffreddamento. I primi saranno raffreddati ad aria e, con potenze nominali elevate, potranno dissipare oltre 20 kW di calore nell’aria, un valore paragonabile a quello di un rack raffreddato ad aria con densità più elevata. Poiché il rack adiacente contenente le GPU avrà probabilmente un limitato sistema attivo per il ricircolo dell’aria, la progettazione del whitespace dovrà tenere conto del rack a 800 VDC e del relativo sidecar dal punto di vista del raffreddamento.

Come la 800 VDC trasformerà l’infrastruttura dei data center

Così come l’infrastruttura di liquid cooling è stata progettata a livello impiantistico per sostituire le CDU aria-liquido, oggi anche l’infrastruttura di alimentazione dei data center è sotto pressione per fornire direttamente 800 VDC e sostituire i sidecar.

L’alimentazione centralizzata a 800 VDC può favorire una migliore scalabilità nei grandi cluster, ma comporta alcune implicazioni per l’infrastruttura di raffreddamento.

Quando gli 800 VDC vengono forniti da convertitori di potenza centralizzati con ingresso CA in bassa tensione, come UPS CC o convertitori CA/CC, l’alimentazione CA può essere fornita alle apparecchiature meccaniche (CDU e CRAH – unità di trattamento dell’aria) dallo stesso sistema di alimentazione che fornisce gli 800 VDC ai rack delle GPU. Questo è l’approccio iniziale più semplice e non richiedere modifiche alle apparecchiature di raffreddamento.

Dalla distribuzione dell’energia al raffreddamento: cosa cambia

All’aumentare delle dimensioni del data center, alcuni fattori inducono a convertire direttamente dalla media tensione a 800 VDC tramite un trasformatore a stato solido (SST) o un’unità di trasformazione e raddrizzamento (TRU). Sebbene queste apparecchiature possano essere raffreddate ad aria, come avviene con altri dispositivi elettrici, la maggiore densità di potenza porterà alla fine a un’infrastruttura di alimentazione raffreddata a liquido. In alcuni casi, saranno necessarie anche CDU più piccole o localizzate per gestire particolari condizioni termiche tra i server e i sistemi di alimentazione.

La conversione diretta da media tensione a 800 VDC per le linee di alimentazione delle GPU ha inoltre delle implicazioni nel modo in cui le apparecchiature termiche e meccaniche possono essere alimentate. L’alimentazione in CA rimane in uso se i sistemi di raffreddamento vengono alimentati da linee separate rispetto a quelle delle GPU. È una condizione molto comune nel caso dei refrigeratori e di altre apparecchiature di grandi dimensioni centralizzate che, nei data center dedicati all’AI, probabilmente sono già collegati a linee di alimentazione dedicate. Inoltre, le strumentazioni di rete e di supporto potrebbero richiedere il mantenimento di alcuni sistemi di alimentazione CA all’interno del whitespace, necessari per il funzionamento di impianti di raffreddamento più piccoli (come CDU e CRAH). L’alimentazione delle apparecchiature di raffreddamento dallo stesso sistema dedicato ai sistemi IT a 800 VDC può essere facilitata attraverso l’uso di un apposito inverter, oppure implementando unità di raffreddamento (CRAH) o unità di distribuzione dell’energia (CDU) compatibili con gli 800 VDC nell’ambito di una più ampia transizione verso la stessa tensione.

Prepararsi a un futuro a 800 VDC

Il passaggio a 800 VDC rappresenta un significativo passo avanti nel modo in cui i data center alimentano i carichi di lavoro AI ad alta densità, ma ciò non significa che sia necessario reinventare completamente i relativi impianti di raffreddamento. Per molti versi, il settore ha già buone basi: il passaggio ad architetture a liquido e ibride per l’AI e per l’elaborazione ad alta densità ha creato la flessibilità necessaria per supportare sia gli attuali ambienti basati su GPU, sia la prossima generazione di soluzioni a 800 VDC alimentate da sidecar.

Centralizzare l’alimentazione a 800 VDC nell’infrastruttura dei data center può avere un impatto maggiore sulla progettazione del sistema di raffreddamento ma, tenendo in considerazione le strategie di alimentazione e raffreddamento fin dalle prime fasi di progettazione, gli operatori possono scalare in modo efficiente e sfruttare appieno i vantaggi dell’AI.

Per saperne di più, consulta la sezione “Architetture di liquid cooling per data center con carichi di lavoro AI” per valutare e selezionare l’approccio migliore per la tua strategia di liquid cooling per data center dedicati all’AI.