In Edison’s Revenge, Data Centers Are Transitioning From AC to DC

La revanche d'Edison : les centres de données passent de l'AC au DC

La conférence GTC de Nvidia de la semaine dernière a mis en avant de nouvelles architectures de puces pour alimenter l'IA. Cependant, alors que les puces deviennent plus rapides et plus puissantes, le reste de l'infrastructure des centres de données peine à suivre. La communauté de la distribution d'énergie répond : des annonces de Delta, Vertiv et Eaton ont présenté de nouveaux designs pour l'ère de l'IA. Les conversions complexes et inefficaces de l'AC au DC sont progressivement remplacées par des configurations DC, du moins dans les centres de données hyperscale.

« Bien que la distribution AC reste profondément ancrée, les avancées en électronique de puissance et les demandes croissantes de l'infrastructure IA accélèrent l'intérêt pour les architectures DC », déclare Chris Thompson, vice-président de la technologie avancée et des microgrids mondiaux chez Vertiv.

La structure traditionnelle de l'alimentation des centres de données

Aujourd'hui, presque tous les centres de données sont conçus autour de l'alimentation électrique AC. Le chemin électrique 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 (1 kV à 35 kV), est réduite à une AC à basse tension (480 V ou 415 V) à l'aide d'un transformateur, convertie en DC à l'intérieur d'un onduleur (UPS) pour le stockage sur batterie, reconvertie en AC, puis à nouveau convertie en DC à basse tension (généralement 54 V DC) au niveau du serveur, fournissant ainsi l'énergie DC requise par les puces de calcul.

« Le processus de double conversion garantit que l'AC de sortie est propre, stable et adapté aux serveurs des centres de données », explique Luiz Fernando Huet de Bacellar, vice-président de l'ingénierie et de la technologie chez Eaton.

Cette configuration fonctionnait suffisamment bien pour les besoins en énergie des centres de données traditionnels. Les racks de calcul des centres de données traditionnels consomment environ 10 kW chacun. Pour l'IA, cela 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.

800 Volts, DC

En convertissant directement l'alimentation AC du réseau de 13,8 kV en 800 VDC 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. »

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.

La course à la chaîne d'approvisionnement

Un petit nombre de fournisseurs essaient de prendre de l'avance. 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.

« 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. »