एआई डेटा केंद्रों में 800VDC किस प्रकार विद्युत वितरण को बदल रहा है?

एआई कंप्यूटिंग डेटा केंद्रों की विद्युत संरचना को बदल रही है।

जैसे-जैसे एक्सेलेरेटर का प्रदर्शन और रैक की शक्ति बढ़ती जा रही है, पारंपरिक वितरण विधियों के माध्यम से अधिक शक्ति प्रदान करना उतना ही कठिन होता जा रहा है। समान वोल्टेज पर अधिक शक्ति का अर्थ है अधिक धारा, जो कंडक्टर, बसबार, कनेक्टर, रूपांतरण उपकरण, थर्मल प्रबंधन और सुरक्षा घटकों को सीधे प्रभावित करती है।

यही एक कारण है कि उच्च-वोल्टेज डीसी आर्किटेक्चर पर अधिक ध्यान दिया जा रहा है।

अगली पीढ़ी के एआई इंफ्रास्ट्रक्चर के लिए विकसित किए जा रहे दृष्टिकोणों में, 800VDC विद्युत वितरण एक महत्वपूर्ण वास्तुशिल्पीय दिशा के रूप में उभर रहा है। एनवीडिया ने भविष्य के एआई कारखानों के लिए 800VDC आर्किटेक्चर की सार्वजनिक रूप से रूपरेखा प्रस्तुत की है, जिसमें पारंपरिक एसी-आधारित विद्युत आपूर्ति से कंप्यूटिंग लोड के निकट उच्च-वोल्टेज डीसी वितरण की ओर संक्रमण का वर्णन किया गया है।

यह परिवर्तन मात्र नाममात्र वोल्टेज में बदलाव नहीं है। यह डेटा सेंटर में बिजली के रूपांतरण, वितरण, स्विचिंग और सुरक्षा के तरीके को बदल देता है।

एआई पावर आर्किटेक्चर उच्च-वोल्टेज डीसी की ओर क्यों बढ़ रहा है?

शक्ति, वोल्टेज और धारा के बीच मूलभूत संबंध सीधा-सादा है:

P = V × I

समान शक्ति स्तर के लिए, वितरण वोल्टेज बढ़ाने से आवश्यक धारा कम हो जाती है।

उदाहरण के लिए, 400 वोल्ट पर 800 किलोवाट शक्ति प्रदान करने के लिए लगभग 2,000 ए. की आवश्यकता होती है, जबकि सिस्टम हानियों और वास्तविक परिचालन स्थितियों पर विचार किए बिना, 800 वोल्ट पर समान शक्ति के लिए लगभग 1,000 ए. की आवश्यकता होती है।

कम करंट से उच्च-शक्ति वाले बुनियादी ढांचे पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकते हैं।

यह आवश्यक कंडक्टर क्रॉस-सेक्शन को कम कर सकता है और प्रतिरोधक हानियों को नियंत्रित करने में मदद कर सकता है। यह उच्च-धारा वितरण पथों से जुड़े भौतिक आकार और तापीय भार को भी कम कर सकता है।

यह बात तब और भी अधिक प्रासंगिक हो जाती है जब एआई रैक की क्षमता पारंपरिक एंटरप्राइज डेटा सेंटरों में पाई जाने वाली क्षमताओं की तुलना में काफी अधिक स्तर तक पहुंच जाती है।

इसलिए उद्देश्य केवल वोल्टेज बढ़ाना नहीं है। व्यापक इंजीनियरिंग लक्ष्य विद्युत दक्षता, भौतिक अनुकूलनशीलता, तापीय प्रदर्शन और सिस्टम विश्वसनीयता के व्यावहारिक संयोजन के साथ उच्च शक्ति प्रदान करना है।

पारंपरिक एसी वितरण से उच्च-वोल्टेज डीसी तक

परंपरागत डेटा सेंटर पावर सिस्टम आमतौर पर यूटिलिटी पावर और आईटी उपकरणों के बीच कई रूपांतरण चरणों पर निर्भर करते हैं।

एक सरलीकृत मार्ग में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:

यूटिलिटी एसी → एसी वितरण → विद्युत रूपांतरण → रैक-स्तरीय विद्युत रूपांतरण → सर्वर लोड

रूपांतरण के प्रत्येक चरण में विद्युत हानि होती है और अतिरिक्त उपकरणों की आवश्यकता होती है।

उच्च घनत्व वाले एआई अवसंरचना के लिए, इन रूपांतरण चरणों की संख्या और स्थान तेजी से महत्वपूर्ण हो जाते हैं।

800VDC आर्किटेक्चर उच्च-वोल्टेज डीसी वितरण को कंप्यूटिंग उपकरणों के करीब ले जा सकता है:

यूटिलिटी/सुविधा विद्युत आपूर्ति → एसी से 800VDC रूपांतरण → 800VDC वितरण → रैक-स्तरीय रूपांतरण → एआई कंप्यूटिंग लोड

सटीक संरचना सुविधा और उपकरण प्लेटफॉर्म के अनुसार अलग-अलग होगी। मौजूदा डेटा सेंटर अपनी पूरी विद्युत अवसंरचना को बदलने के बजाय हाइब्रिड दृष्टिकोण का भी उपयोग कर सकते हैं।

इसका अर्थ यह है कि 800VDC में परिवर्तन को एक उपकरण उन्नयन के बजाय एक वास्तुशिल्पीय विकास के रूप में देखा जाना चाहिए।

800VDC पावर पाथ को कैसे बदलता है

उच्च वोल्टेज डीसी विद्युत पथ के कई हिस्सों को बदल देता है।

1. समान शक्ति के लिए कम धारा

इसका सबसे प्रत्यक्ष प्रभाव करंट में कमी आना है।

एक निश्चित विद्युत आवश्यकता के लिए, वोल्टेज को दोगुना करने पर धारा लगभग आधी हो जाती है। इससे कंडक्टरों, कनेक्टर्स और वितरण संरचनाओं पर विद्युत भार को कम करने में मदद मिल सकती है।

बड़ी एआई सुविधाओं के लिए, जहां एक पावर पाथ के माध्यम से सैकड़ों किलोवाट या उससे अधिक बिजली की आपूर्ति की जा सकती है, यह अंतर महत्वपूर्ण हो जाता है।

2. विभिन्न वितरण आवश्यकताएँ

डेटा सेंटर के माध्यम से उच्च वोल्टेज डीसी को प्रवाहित करने से वितरण उपकरणों के लिए नई आवश्यकताएं उत्पन्न होती हैं।

कंडक्टर, बसबार, कनेक्टर, स्विचिंग डिवाइस और सुरक्षा घटक सभी वास्तविक डीसी वोल्टेज और करंट की स्थितियों के लिए उपयुक्त होने चाहिए।

विद्युत रिक्ति, इन्सुलेशन प्रणाली, थर्मल डिजाइन और स्थापना वातावरण भी महत्वपूर्ण विचारणीय बिंदु बन जाते हैं।

इसलिए, उच्च वोल्टेज वितरण का मतलब केवल समान घटकों को उच्च वोल्टेज रेटिंग पर उपयोग करना नहीं है।

3. रूपांतरण के कम चरण

उच्च वोल्टेज डीसी आर्किटेक्चर के पीछे प्रमुख प्रेरणाओं में से एक बिजली रूपांतरण पथ को सरल बनाने की क्षमता है।

अनावश्यक रूपांतरण चरणों को कम करने से संचयी रूपांतरण हानियों को कम किया जा सकता है और इससे बिजली घनत्व में सुधार करने में मदद मिल सकती है।

हालांकि, इससे डीसी-डीसी रूपांतरण की समस्या समाप्त नहीं होती है।

एआई सर्वर और एक्सेलेरेटर को अभी भी कड़ाई से नियंत्रित वोल्टेज रेल की आवश्यकता होती है, इसलिए पावर आर्किटेक्चर को उच्च-वोल्टेज वितरण से कंप्यूटिंग उपकरणों द्वारा आवश्यक निम्न वोल्टेज में संक्रमण को प्रबंधित करने की आवश्यकता होती है।

इसलिए रूपांतरण के इन चरणों का स्थान और दक्षता समग्र वास्तुकला के महत्वपूर्ण भाग बन जाते हैं।

उच्च वोल्टेज डीसी घटकों के लिए नई आवश्यकताएँ

800VDC प्रणाली, कम वोल्टेज वितरण प्रणालियों की तुलना में विद्युत घटकों के लिए अलग-अलग परिचालन स्थितियां उत्पन्न करती है।

घटकों की आवश्यकताओं का मूल्यांकन केवल नाममात्र वोल्टेज के आधार पर नहीं, बल्कि वास्तविक सर्किट के अनुसार किया जाना चाहिए।

महत्वपूर्ण बातों में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:

• निरंतर परिचालन वोल्टेज
• निरंतर और चरम धारा
• डीसी स्विचिंग स्थितियाँ
• वर्तमान गलती
• तोड़ने की क्षमता
• विद्युत पृथक्करण आवश्यकताएँ
• तापीय स्थितियाँ
• आवृत्ति बदलना
• विद्युत सहनशीलता
• स्थापना और रिसाव/सफाई संबंधी आवश्यकताएँ

ये कारक स्विचिंग और सुरक्षा में शामिल घटकों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं।

उदाहरण के लिए, सामान्य संचालन, रखरखाव या दोष निवारण के दौरान उच्च-वोल्टेज डीसी सर्किट को जोड़ने या अलग करने के लिए डीसी कॉन्टैक्टर की आवश्यकता हो सकती है।

पावर पाथ में उपयुक्त बिंदु पर ओवरकरंट से सुरक्षा प्रदान करने के लिए डीसी फ्यूज का उपयोग किया जा सकता है।

अतः अंतिम घटक का चयन विशिष्ट प्रणाली की विद्युत विशेषताओं और परिचालन स्थितियों के आधार पर किया जाना चाहिए।

स्विचिंग और आइसोलेशन का महत्व और भी बढ़ जाता है

उच्च वोल्टेज डीसी वितरण से सर्किट आइसोलेशन की आवश्यकताओं में भी बदलाव आता है।

एसी सिस्टम के विपरीत, डीसी करंट हर चक्र के दौरान स्वाभाविक रूप से शून्य-करंट बिंदु से नहीं गुजरता है। इसलिए, डीसी करंट को बाधित करने के लिए ऐसे घटकों की आवश्यकता होती है जो विशेष रूप से वोल्टेज, करंट और स्विचिंग स्थितियों के लिए डिज़ाइन किए गए हों।

उच्च-शक्ति वाली एआई अवसंरचना के लिए, विद्युत संरचना में विभिन्न बिंदुओं पर स्विचिंग उपकरणों की आवश्यकता हो सकती है।

सिस्टम डिज़ाइन के आधार पर, इनमें निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:

• मुख्य डीसी वितरण
• पावर रूपांतरण इंटरफेस
• रैक-स्तरीय पावर पथ
• ऊर्जा भंडारण इंटरफेस
• रखरखाव अलगाव बिंदु
• आपातकालीन शटडाउन सर्किट

इन स्विचिंग पॉइंट्स का उद्देश्य केवल सामान्य बिजली प्रवाह को नियंत्रित करना ही नहीं है। ये सिस्टम आइसोलेशन और रखरखाव प्रक्रियाओं में भी सहायता प्रदान कर सकते हैं।

जैसे-जैसे पावर आर्किटेक्चर अधिक वितरित होता जाता है, स्पष्ट रूप से परिभाषित आइसोलेशन पॉइंट इंजीनियरों को सिस्टम के बाकी हिस्सों को अनावश्यक रूप से प्रभावित किए बिना अलग-अलग सेक्शन को प्रबंधित करने में मदद कर सकते हैं।

सुरक्षा को नई वास्तुकला का अनुसरण करना होगा

उच्च वोल्टेज वितरण से सुरक्षा संबंधी आवश्यकताओं में भी बदलाव आता है।

एक सुरक्षा उपकरण को सर्किट की वास्तविक परिस्थितियों के तहत असामान्य धारा को बाधित करने की आवश्यकता होती है। रेटेड वोल्टेज और धारा केवल प्रारंभिक बिंदु हैं।

800VDC पावर पाथ के लिए, इंजीनियरों को निम्नलिखित बातों पर विचार करने की आवश्यकता हो सकती है:

• उपलब्ध शॉर्ट-सर्किट करंट
• डीसी ब्रेकिंग आवश्यकताएँ
• त्रुटि निवारण समय
• सुरक्षा उपकरणों के बीच समन्वय
• सामान्य परिचालन धारा
• चरम और क्षणिक स्थितियाँ
• तापीय वातावरण
• स्थापना स्थान

सुरक्षा व्यवस्था को वास्तुकला के साथ समन्वित किया जाना चाहिए।

पावर कन्वर्जन स्टेज के पास लगाए गए फ्यूज की आवश्यकताएं रैक-लेवल ब्रांच सर्किट पर लगाए गए सुरक्षा उपकरण से भिन्न हो सकती हैं।

इसी प्रकार, नियंत्रित स्विचिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले डीसी कॉन्टैक्टर की विद्युत सहनशीलता संबंधी आवश्यकताएं लोड और स्विचिंग कार्य के आधार पर भिन्न हो सकती हैं।

एआई पावर सिस्टम के उच्च पावर घनत्व की ओर बढ़ने के साथ-साथ यह सिस्टम-स्तरीय दृष्टिकोण तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है।

उच्च-शक्ति डीसी रूपांतरण में प्रेरकों की भूमिका

उच्च वोल्टेज वितरण से बिजली रूपांतरण की आवश्यकता समाप्त नहीं होती है।

800VDC उपयुक्त वितरण बिंदु तक पहुँचने के बाद भी, डाउनस्ट्रीम पावर सिस्टम द्वारा आवश्यक वोल्टेज स्तर प्रदान करने के लिए DC-DC रूपांतरण की आवश्यकता हो सकती है।

कई स्विचिंग पावर रूपांतरण परिपथों में इंडक्टर महत्वपूर्ण निष्क्रिय घटक होते हैं।

उनकी विद्युतीय विशेषताएं करंट रिपल, ऊर्जा भंडारण, फ़िल्टरिंग और कनवर्टर के व्यवहार को प्रभावित करती हैं।

उच्च शक्ति स्तरों पर, इंडक्टर डिजाइन थर्मल प्रदर्शन, चुंबकीय हानि, संतृप्ति विशेषताओं और भौतिक आकार से भी निकटता से संबंधित हो जाता है।

इसी कारण, उच्च वोल्टेज डीसी की ओर बढ़ने से न केवल उच्च वोल्टेज स्विचिंग और सुरक्षा घटकों की मांग उत्पन्न होती है, बल्कि रूपांतरण के सभी चरणों में उपयोग किए जाने वाले निष्क्रिय घटकों पर भी नई आवश्यकताएं उत्पन्न होती हैं।

एआई डेटा सेंटर पावर डिज़ाइन के लिए 800VDC का क्या अर्थ है?

800VDC की ओर यह कदम मूल रूप से एआई कंप्यूटिंग की बढ़ती बिजली घनत्व की प्रतिक्रिया है।

मौजूदा कम वोल्टेज वितरण प्रणालियों को अधिक करंट संभालने के लिए केवल बढ़ाने के बजाय, उच्च वोल्टेज डीसी आर्किटेक्चर अगली पीढ़ी के एआई बुनियादी ढांचे से जुड़ी विद्युत और भौतिक बाधाओं को दूर करने का एक और तरीका प्रदान करते हैं।

मुख्य डिजाइन परिवर्तनों को संक्षेप में इस प्रकार बताया जा सकता है: