Việc ứng dụng rộng rãi trí tuệ nhân tạo (AI) đã làm thay đổi đáng kể cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu, buộc các hệ thống cung cấp điện phải đáp ứng những nhu cầu chưa từng có. Sự tăng trưởng nhanh chóng này đang thúc đẩy các nhà cung cấp nguồn điện đổi mới hướng tới kiến trúc điện áp 48 volt hoặc cao hơn.

Khi các tập đoàn công nghệ khổng lồ, nhà sản xuất chip và nhà cung cấp trung tâm dữ liệu nỗ lực khai thác tiềm năng của trí tuệ nhân tạo (AI), mức tiêu thụ năng lượng đã tăng lên đáng kể. Năm 2023, các trung tâm dữ liệu của Mỹ đã sử dụng tổng cộng 176 terawatt-giờ (TWh), chiếm khoảng 4,4% tổng mức tiêu thụ năng lượng của Mỹ, và dự kiến con số này sẽ tăng lên từ 325 đến 580 TWh vào năm 2028, chiếm 12% tổng mức tiêu thụ năng lượng của Mỹ.

Sự tăng trưởng nhanh chóng này đang thúc đẩy các nhà cung cấp nguồn điện phải đổi mới để cung cấp các giải pháp hỗ trợ công suất tính toán cao hơn trong khi vẫn duy trì kích thước nhỏ gọn và hiệu suất được cải thiện. Điều này cũng tác động đến Dự án Điện toán Mở (OCP), nơi các tiêu chuẩn trung tâm dữ liệu do cộng đồng xây dựng đóng vai trò là hướng dẫn quan trọng cho ngành công nghệ toàn cầu. Một giải pháp cho những thách thức này, đồng thời phù hợp với các tiêu chuẩn ngành, là chuyển sang kiến trúc nguồn điện 48 volt hoặc cao hơn.

Kiến trúc 48V đang trở thành yêu cầu tối thiểu cho trí tuệ nhân tạo

Các nhà điều hành trung tâm dữ liệu ngày càng áp dụng kiến trúc bus 48 volt để thay thế các hệ thống cấp nguồn DC 12 volt truyền thống nhằm cải thiện hiệu quả và đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng. Hệ thống 48 volt cho phép chuyển đổi năng lượng hiệu quả hơn và giảm yêu cầu về dòng điện, từ đó cải thiện khả năng quản lý nhiệt và hỗ trợ mật độ công suất cao hơn so với các hệ thống 12 volt trước đây.

Vào cuối năm 2024, OCP đã nhấn mạnh kiến trúc 48 volt là tiêu chuẩn đáp ứng các yêu cầu về điện, cơ khí và nhiệt của các trung tâm dữ liệu đang phát triển. Tiêu chuẩn này nhằm mục đích cung cấp cho các nhà cung cấp dịch vụ siêu quy mô và các nhà cung cấp giải pháp một kiến trúc 48 volt chung, đáp ứng đáng tin cậy các yêu cầu về điện áp đồng thời cho phép sử dụng điện năng hiệu quả và có trách nhiệm.

Ban đầu chỉ là một ý tưởng được cân nhắc, kiến trúc 48 volt đã trở nên vô cùng quan trọng để đáp ứng nhu cầu năng lượng của trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (ML) và các công nghệ tiên tiến khác. Bằng cách cải thiện phân phối điện năng và đơn giản hóa các quy trình chuyển đổi, hệ thống 48 volt có thể giảm chi phí, tăng khả năng mở rộng và tạo điều kiện thuận lợi cho cấu hình mật độ cao của các máy chủ và thiết bị mạng hiện đại.

Ưu điểm của kiến trúc bus 48 volt

Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm chi phí đồng

Một trong những ưu điểm chính của việc áp dụng kiến trúc nguồn điện 48 volt cho tủ rack là hiệu quả năng lượng được cải thiện. Không giống như các hệ thống cấp nguồn DC 12 volt truyền thống được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu, hệ thống 48 volt làm giảm dòng điện và giảm thiểu tổn thất điện trở trong toàn bộ tủ rack. Kiến trúc hiệu quả hơn này cũng yêu cầu ít cáp nguồn hơn, cho phép các nhà quản trị trung tâm dữ liệu tiết kiệm chi phí đồng, vốn thường rất cao.

Khả năng mở rộng quy mô và chuẩn bị cho tương lai

Các trung tâm dữ liệu phải thích ứng với khối lượng công việc thay đổi và những tiến bộ công nghệ. Kiến trúc 48 volt cung cấp khả năng mở rộng lớn hơn so với kiến trúc 12 volt, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng tăng về điện toán hiệu năng cao và cấu hình máy chủ mật độ cao. Khi các ứng dụng AI như mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) và học máy (ML) tiếp tục thúc đẩy nhu cầu, hệ thống 48 volt có thể cung cấp nền tảng vững chắc cho việc mở rộng trong tương lai.

Hỗ trợ cấu hình máy chủ mật độ cao

Các trung tâm dữ liệu hiện đại ngày càng sử dụng cấu hình máy chủ mật độ cao, chẳng hạn như máy chủ dạng phiến (blade server) và cụm GPU, giúp tập trung sức mạnh tính toán vào một không gian nhỏ. Những cấu hình này thường yêu cầu công suất trên mỗi đơn vị diện tích cao hơn, điều này có thể gây quá tải cho các bộ nguồn truyền thống. Kiến trúc 48 volt lý tưởng cho môi trường mật độ cao vì có thể cung cấp lượng điện năng lớn hơn một cách hiệu quả hơn bằng cách sử dụng các thành phần nguồn điện nhỏ gọn, khiến chúng hoàn toàn phù hợp để hỗ trợ các cấu hình máy chủ mật độ cao và môi trường điện toán đám mây quy mô lớn.

Các thành phần của kiến trúc nguồn 48 volt

Trong hệ thống 48 volt, dòng điện xoay chiều (AC) từ nguồn điện lưới được cấp vào giá đỡ thiết bị và chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) 48 volt, sau đó được truyền qua bus đến các máy chủ, thiết bị lưu trữ và thiết bị mạng công suất cao. Các thiết bị mạng sử dụng bộ chuyển đổi bus tích hợp để giảm điện áp xuống mức cần thiết cho các thành phần khác như CPU, bộ nhớ và thiết bị lưu trữ. Việc giảm điện áp này có thể thực hiện từ 48 volt xuống 12 volt hoặc 5 volt, và có thể giảm điện áp hơn nữa bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi DC/DC tại điểm tải khi cần thiết.

Bộ nguồn quản lý việc phân phối điện năng từ đường dây 48V đến các thiết bị khác nhau, đảm bảo cung cấp điện ổn định và cân bằng. Ngoài ra, các hệ thống 48V thường được tích hợp với hệ thống pin dự phòng hoặc bộ lưu điện (UPS) để duy trì hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện, bảo vệ các hoạt động quan trọng.

Những thách thức trong việc triển khai hệ thống 48 volt

Mặc dù kiến trúc 48 volt có một số ưu điểm, nhưng vẫn có một số điểm cần cân nhắc khi triển khai, bao gồm:

• ‍Khả năng cung cấp nguồn điện 48 VDC: Không phải tất cả thiết bị trong trung tâm dữ liệu hiện tại đều hỗ trợ nguồn điện 48 VDC. Quản trị viên trung tâm dữ liệu có thể cần nâng cấp phần cứng để hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang kiến trúc 48V.‍
• Quản lý nhiệt: Chuyển đổi năng lượng hiệu suất cao là yếu tố then chốt để giảm thiểu sự phát sinh nhiệt, nhưng trong các trung tâm dữ liệu mật độ cao, ngay cả một sự gia tăng nhỏ về tải nhiệt cũng có thể gây ra tác động đáng kể. Để giải quyết vấn đề này và duy trì điều kiện hoạt động tối ưu, việc quản lý tản nhiệt trong cơ sở hạ tầng điện là điều thiết yếu.‍
• Thiết kế phức tạp: Một hệ thống 48V có khả năng tích hợp hiệu quả với các hệ thống điện và cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu hiện có có thể đòi hỏi kiến thức chuyên môn về thiết kế và lắp đặt. Tất cả các thành phần phải được lựa chọn với thông số và cấu hình phù hợp để đáp ứng yêu cầu điện năng của trung tâm dữ liệu.

Chuyển sang điện áp cao hơn tại giá đỡ thiết bị

Để đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng của điện toán hiện đại, một số trung tâm dữ liệu đang bắt đầu áp dụng kiến trúc điện áp cao hơn, chuyển đổi từ hệ thống 48 volt sang kiến trúc lên đến 400 volt. Các hệ thống điện áp cao hơn này giúp giảm đáng kể tổn thất điện năng trong quá trình cung cấp điện. Tuy nhiên, do các tủ rack siêu máy tính có công suất trung bình lên đến 150 kW, hệ thống 48 volt vẫn rất quan trọng. Trong khi đó, hệ thống 400 volt có thể trở thành một lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng siêu máy tính yêu cầu công suất lên đến 500 kW.

Khi nói đến khả năng mở rộng, các trung tâm dữ liệu 400 volt có thể đáp ứng khối lượng công việc tăng lên và nhu cầu tính toán cao hơn mà không cần phải thiết kế lại cơ sở hạ tầng điện. Hiệu quả được cải thiện, giảm tổn thất điện năng trong quá trình phân phối và yêu cầu cơ sở hạ tầng thấp hơn cũng có thể dẫn đến tiết kiệm chi phí dài hạn. Các thành viên của OCP, bao gồm các doanh nghiệp trong ngành từ các công ty khởi nghiệp đến các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây quy mô lớn, đang bắt đầu khám phá những khả năng của việc triển khai hệ thống 400 volt để xây dựng các hệ sinh thái trung tâm dữ liệu hiệu quả và đáng tin cậy hơn.

Khi trí tuệ nhân tạo (AI) tiếp tục cách mạng hóa ngành công nghiệp, cơ sở hạ tầng hỗ trợ sự phát triển của nó cũng phải phát triển theo. Những đổi mới như kiến trúc 48V và 400V đang mở đường cho các trung tâm dữ liệu xử lý khối lượng công việc cao hơn, cải thiện hiệu suất và thích ứng với các yêu cầu của điện toán hiện đại.

Mặc dù vẫn còn một số thách thức, chẳng hạn như đảm bảo tính tương thích và quản lý hiệu suất nhiệt, nhưng lợi ích từ những tiến bộ này vượt trội hơn so với những trở ngại. Bằng cách triển khai các giải pháp năng lượng chiến lược, các trung tâm dữ liệu có thể tăng khả năng mở rộng, giảm chi phí năng lượng và chuẩn bị cho nhu cầu tương lai của AI, LLM và ML.