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L'essor des architectures DC dans les centres de données
Lors de la récente conférence GTC organisée par Nvidia, l'accent a été mis sur les nouvelles architectures de puces destinées à alimenter l'intelligence artificielle. Cependant, alors que ces puces deviennent de plus en plus rapides et puissantes, l'infrastructure des centres de données peine à suivre cette avancée technologique. En réponse à ce défi, des entreprises telles que Delta, Vertiv et Eaton ont annoncé des innovations visant à remplacer les conversions complexes et inefficaces de l'AC au DC par des configurations DC, notamment dans les centres de données hyperscale.
Chris Thompson, vice-président de la technologie avancée et des microgrids mondiaux chez Vertiv, souligne que bien que la distribution AC soit encore profondément ancrée, les progrès en électronique de puissance et les demandes croissantes de l'infrastructure IA accélèrent l'intérêt pour les architectures DC.
Limitations de l'alimentation AC traditionnelle
Actuellement, la majorité des centres de données sont conçus autour de l'alimentation électrique AC. Le chemin électrique typique comprend plusieurs conversions avant que l'énergie n'atteigne la charge de calcul. L'énergie pénètre généralement dans le centre de données sous forme d'AC à moyenne tension, est ensuite réduite à une AC à basse tension à l'aide d'un transformateur, convertie en DC à l'intérieur d'un onduleur pour le stockage sur batterie, reconvertie en AC, puis à nouveau convertie en DC à basse tension au niveau du serveur. Ce processus de double conversion garantit que l'AC de sortie est propre, stable et adaptée aux serveurs des centres de données, comme l'explique Luiz Fernando Huet de Bacellar, vice-président de l'ingénierie et de la technologie chez Eaton.
Cette configuration a fonctionné suffisamment bien pour les besoins en énergie des centres de données traditionnels, où les racks de calcul consomment environ 10 kW chacun. Cependant, pour l'IA, la consommation commence à approcher 1 MW. À cette échelle, les pertes d'énergie, les niveaux de courant et les besoins en cuivre des conversions AC en DC deviennent de plus en plus difficiles à justifier. Chaque conversion entraîne une perte d'énergie. De plus, à mesure que la quantité d'énergie à livrer augmente, la taille même des convertisseurs, ainsi que les exigences de connecteurs des barres de cuivre, deviennent insoutenables. Selon un blog de Nvidia, un rack de 1 MW pourrait nécessiter jusqu'à 200 kg de barre de cuivre. Pour un centre de données de 1 GW, cela pourrait représenter 200 000 kg de cuivre.
Transition vers le 800 V DC
En convertissant directement l'alimentation AC du réseau de 13,8 kV en 800 V DC à la périphérie du centre de données, la plupart des étapes de conversion intermédiaires sont éliminées. Cela réduit le nombre de ventilateurs et d'unités d'alimentation, ce qui conduit à une fiabilité accrue du système, à une dissipation thermique réduite, à une efficacité énergétique améliorée et à un encombrement des équipements plus petit. Chaque conversion d'énergie entre le réseau électrique ou la source d'alimentation et les puces silicium à l'intérieur des serveurs entraîne une perte d'énergie, déclare Fernando.
Le passage de 415 V AC à 800 V DC dans la distribution électrique permet de transmettre 85 % de puissance en plus à travers la même taille de conducteur. Cela se produit parce qu'une tension plus élevée réduit la demande de courant, diminuant ainsi les pertes résistives et rendant le transfert d'énergie plus efficace. Des conducteurs plus fins peuvent supporter la même charge, réduisant les besoins en cuivre de 45 %, offrant une amélioration de 5 % de l'efficacité et un coût total de possession 30 % inférieur pour les installations à l'échelle GW.
Dans une architecture DC à haute tension, l'énergie provenant du réseau est convertie de l'AC à moyenne tension en environ 800 V DC et ensuite distribuée dans l'installation sur un bus DC, explique Thompson de Vertiv. Au niveau du rack, des convertisseurs DC-DC compacts réduisent cette tension pour les GPU et les CPU.
Innovations et défis de la chaîne d'approvisionnement
Un petit nombre de fournisseurs essaient de prendre de l'avance dans cette transition. L'écosystème 800 V DC de Vertiv, qui s'intègre aux plateformes NVIDIA Vera Rubin Ultra Kyber, sera commercialement disponible dans la seconde moitié de 2026. Eaton est également bien avancé dans son innovation de systèmes 800 V DC grâce à un transformateur à état solide (SST) à moyenne tension qui sera au cœur du système de distribution d'énergie DC. Pendant ce temps, Delta a lancé des racks d'alimentation de 660 kW en ligne à 800 V DC avec un total de 480 kW d'unités de secours sur batterie intégrées. Enfin, SolarEdge travaille sur un SST à 99 % d'efficacité qui sera associé à un UPS DC natif et à une couche de distribution d'énergie DC.
Cependant, une grande partie de l'industrie est encore à la traîne. Patrick Hughes, vice-président senior de la stratégie, des affaires techniques et industrielles de l'Association nationale des fabricants électriques, déclare que la plupart des innovations se produisent au niveau de 400 V DC, bien que certains se préparent à 800 V DC. Il estime que l'industrie a besoin d'un écosystème complet et coordonné, comprenant l'électronique de puissance, la protection, les connecteurs, la détection et des composants sûrs pour le service qui évoluent ensemble plutôt qu'en isolation. Cela nécessite à son tour de reconfigurer la capacité de fabrication pour des équipements spécifiques au DC, d'élargir l'approvisionnement en semi-conducteurs et en matériaux, et d'obtenir des engagements de demande clairs et à long terme qui justifient un investissement en capital majeur à travers la chaîne de valeur.
Un rapport du groupe de conseil technologique Omdia affirme que des centres de données DC à tension plus élevée sont déjà apparus en Chine. En Amérique, l'initiative Mt. Diablo, une collaboration entre Meta, Microsoft et le projet Open Compute, est une expérience de distribution d'alimentation de rack à 400 V DC.
Beaucoup adoptent une approche prudente, offrant des solutions limitées ou adaptées en attendant des normes plus claires, des cadres de sécurité et des engagements des clients, déclare Hughes. Construire la chaîne d'approvisionnement dépendra de la stabilisation des normes et des cadres de sécurité afin que les fournisseurs puissent concevoir, certifier, fabriquer et installer des équipements en toute confiance.