从电网到栅极：赋能第三次能源革命

一种范式转变正在我们眼前发生。在 18 世纪和 19 世纪，大不列颠使用煤来为工业革命提供动力，推动向机器制造转型，第一次能源革命也因此开启。随后在美国发生了第二次能源革命，20 世纪石油产业的繁荣推动了汽车和电力领域取得前所未有的进步。

如今，人工智能 (AI) 的快速发展正在引领第三次能源革命，涵盖产生、转换和分配为我们正在消耗的大量数据提供动力所需的能源。如何产生为数据中心供电所需的必要能量，以及如何有效地将这些能量沿着电源路径从电网传输到处理器的栅极，正迅速成为我们这个时代最令人兴奋的挑战。

不断变化的分配水平

随着 AI 数据中心对计算能力的需求不断扩大，数据中心的架构也在发生重大变化。通常，服务器在数据中心计算机架中堆叠在一起，电源单元 (PSU) 位于底部。交流电 (AC) 被分配到每个服务器机架，PSU 将其转换为 48V，然后再降为 12V。服务器中的负载点转换器然后将其降低为处理器栅极核心电压。

随着生成式 AI 的问世，以及后续为处理信息而增设更多服务器，机架如今对电力的需求大幅增加。例如，向大型语言模型 (LLM) 输入一个问题，所需的电力是向搜索引擎输入同一个问题所需电力的 10 倍。这些不断增长的电力需求正将供电架构推向极限。

正因如此，数据中心运营商正在重新构想将交流到直流 (DC) 转换从服务器机架中移出的方法，以便在单个计算（或 IT）机架中为更多的电源和更多的服务器创造空间。其中一种方法是将 PSU 移动到位于 IT 机架旁的单独机架（称为侧机架）中。然而，最终的目标是提供一个单独的电源室，将高压直流配电到整个服务器大厅。

数据中心中的侧机架装置

用太阳能满足电力需求

随着数据中心需要更多电力来支撑不断增长且持续演进的工作负载，可再生能源或许正是解决之道。在世界上的许多地区，太阳能正成为一种越来越容易获得和负担的能源。巧合的是，数据中心的客户承诺在其公司内部使用 100% 的可再生能源，而这一承诺也必须反映在他们使用的数据中心中。太阳能不仅可以帮助数据中心客户实现其可持续发展目标，还能提供一种快速部署更多发电设施的方式。

半导体是太阳能转换过程的核心，使这些技术成为了满足数据中心电力需求的关键。高效的能源转换和精确的传感技术对于使太阳能成为电网的可靠能源来源至关重要。

通过储能更大限度地提高太阳能输出

尽管数据中心每天每小时都在运行，但太阳能只在白天产生。那么，在没有阳光的时候，太阳能将如何为数据中心供电呢？这正是电池储能系统 (ESS) 成为关键解决方案的原因，它能确保能源持续可用，并在任何需要的时刻都能发挥作用。

电池早已是电网的核心组成部分，能够在整个电网中高效存储和释放大量电力，如今电池正被专门应用于数据中心。ESS 内部的电池管理系统会直接监测电池单元，评估内部的能量储量，通过测量电压来确定电池的荷电状态与健康状态，进而确保可以稳定供应所需电力。

在人工智能时代，数据已成为新的货币，而且比以往任何时候都更有价值。因此，必须有某种工具为数据提供动力和支撑。我们用煤来推动工厂的运转，用石油来推动汽车的发展；现在，可再生能源可以帮助我们解决未来数据中心日益增长的电力需求。

本博文由德州仪器电力设计服务和电力输送部门总经理 Robert Taylor 与能源基础设施部门总经理 Henrik Mannesson 撰写。