AI 데이터센터가 밀집된 GPU 클러스터에서 효율성 향상과 냉각 부하 감소를 위해 480V에서 800V 직류 전력 분배로 전환 중이다.

인공지능은 서버 설계 이상의 많은 것들을 변화시키고 있습니다. AI 랙이 기존 컴퓨팅 인프라보다 훨씬 더 많은 전력을 소비함에 따라, 데이터 센터 개발자들은 발전과 유틸리티 연결에서 작업을 수행하는 프로세서까지 전기가 어떻게 흐르는지 재평가하고 있습니다. 이러한 변화는 800볼트 직류(800V DC)를 인프라 의제의 상위에 올리고 있습니다.

Bloom Energy는 최근 보고서에서 800V DC가 차세대 AI 데이터 센터의 핵심 요소가 될 수 있다고 주장합니다. 이 회사의 제안은 시설 내에서 고전압 DC를 사용하는 것을 넘어갑니다. Bloom은 고체 산화물 연료전지로 온사이트에서 DC 전력을 생성할 수 있는 경우를 제시하여, 전기 체인의 일부에서 변압기와 변환 장비를 제거할 가능성을 제안합니다. Bloom이 모델링한 1기가와트 AI 데이터 센터에서 이러한 아키텍처는 비컴퓨팅 자본 비용을 약 27% 감소시키고 5년 총 소유 비용을 약 9% 감소시킵니다.

고전압 배분의 기본 사례는 AI 랙 밀도가 증가함에 따라 더욱 명확해지고 있습니다. Bloom의 분석은 2020년 약 10킬로와트에서 NVIDIA의 Vera Rubin 아키텍처의 약 200kW를 향해 일반적인 랙 전력을 추적합니다. Rubin Ultra 및 Kyber와 같은 향후 시스템은 랙 요구사항을 600kW 또는 심지어 1MW로 밀어붙일 수 있습니다.

그 규모에서 기존 접근 방식은 기본적인 전기 제약에 직면합니다. 낮은 전압에서 더 많은 전력을 공급하려면 더 많은 전류가 필요합니다. 이는 더 큰 도체, 더 큰 전기 손실 및 전력 인프라에 사용되는 더 많은 시설 공간을 의미할 수 있습니다. 800V DC 아키텍처로 이동하면 일반적인 415V 또는 480V AC 배분에 비해 같은 양의 전력을 공급하는 데 필요한 전류가 감소합니다. 잠재적 이점으로는 더 작은 도체, 낮은 배분 손실 및 전기 장비에 필요한 더 적은 공간이 포함됩니다.

더 넓은 산업도 같은 방향으로 움직이고 있습니다. McKinsey는 AI 랙 요구사항이 약 200kW에서 600kW에 도달할 수 있으며 이 십년도 말쯤 잠재적으로 1MW에 접근할 수 있다고 추정했습니다. NVIDIA, Google 및 Microsoft는 또한 Open Compute Project를 통해 공통 800V DC 인터페이스, 장비 요구사항 및 안전 표준에 대해 작업해왔습니다.

그러나 이 전환은 단일 아키텍처를 통해 발생할 가능성이 낮습니다. NVIDIA의 로드맵은 기존 AC 전력 데이터 센터와 함께 작동하도록 설계되었습니다. 한 가지 단기 접근 방식은 기존 AC 전력을 수용하고 컴퓨팅 랙 근처에서 800V DC로 변환하는 전력 랙 또는 사이드카를 사용합니다. 나중의 설계는 그 변환을 더 상류로 이동시킬 수 있으며, 중전압 AC를 800V DC 백본으로 직접 변환하는 아키텍처를 포함합니다. 이는 개발자에게 실용적인 마이그레이션 경로를 제공합니다. 기존 개폐기, UPS 인프라 및 AC 투자는 고밀도 AI 시스템이 배포되기 전에 반드시 교체될 필요가 없습니다.

NAND Research의 설립자인 Steve McDowell은 800V DC에 대한 가장 강력한 경제적 사례가 전력 밀도, 인프라 요구사항 및 사용률이 추가된 복잡성을 정당화할 수 있는 하이퍼스케일 AI 환경에서 나타날 가능성이 있다고 마찬가지로 지적했습니다. 이 구별은 중요합니다. 800V DC 재설계는 녹지대 AI 캠퍼스에 의미가 있을 수 있지만, 훨씬 낮은 랙 밀도를 가진 기존 엔터프라이즈 데이터 센터에는 경제적 의미가 없을 수 있습니다.

Bloom의 더 차별화된 논점은 상류에서 무엇이 일어나는지에 초점을 맞춥니다. 많은 800V DC 설계는 여전히 유틸리티 공급 AC 전력으로 시작하며, 이는 데이터 센터 내에서 DC로 변환됩니다. Bloom은 고체 산화물 연료전지로 온사이트에서 DC를 생산함으로써 이러한 변환 단계 중 일부를 제거할 것을 제안합니다. 이 개념 뒤에는 명확한 엔지니어링 근거가 있습니다. 최종 사용 장비가 DC 전력이 필요하면, 처음부터 DC를 생성하면 에너지원과 프로세서 사이의 변환 단계 수를 줄일 수 있습니다.

Bloom의 보고서는 모델링된 아키텍처가 약 $3.6억의 비컴퓨팅 자본 지출과 1GW 프로젝트에 대해 약 $1.9억의 5년 운영 비용을 절감할 수 있다고 추정합니다. 이러한 수치는 AI 데이터 센터에 대한 일반적인 벤치마크가 아니라 시나리오 결과로 취급되어야 합니다.

이 모델은 고정된 1,000MW IT 로드를 가진 녹지대 개발을 가정하고 예상된 2029년 가격을 사용합니다. 온사이트 생성 시스템은 전력 구매 계약을 통해 구성되므로, 생성 자산은 개발자의 자본 예산에 포함되지 않습니다. 이 분석은 또한 자금 조달, 세금, 감가상각, 해제, 잔존 가치 및 IT 갱신 주기를 포함한 비용 및 재정 요소를 제외합니다. 모델링된 아키텍처의 일부 장비는 아직 대량 생산 중이 아니므로, 향후 가격도 중요한 변수입니다.

다른 산업 분석은 아키텍처에 따라 경제가 얼마나 변할 수 있는지를 보여줍니다. McKinsey는 약 8%에서 10%의 에너지 관련 운영 절감과 함께 800V 아키텍처에 대해 약 15%에서 18%의 잠재적 비IT 자본 절감을 추정했습니다. 이러한 수치는 다양한 구성을 기반으로 하며 Bloom의 분석과 직접 비교되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 이 격차는 개발자들을 위한 중요한 포인트를 강조합니다. 800V DC의 경제학은 변환이 발생하는 위치, 전력이 생성되는 방식 및 어떤 비용이 프로젝트 경계 내에 있는지에 크게 달려 있습니다.

안전성과 운영도 채택 형태를 결정할 것입니다. 고전압 DC는 고장 및 아크 현상 중에 AC와 다르게 작동하며, 이는 보호 장비, 차단기 설계, 격리 절차 및 유지보수 관행에 영향을 미칩니다. DC 배분을 더 상류로 이동시키려면 물리적 인프라 외에도 새로운 장비 표준, 교육 및 운영 절차가 필요할 수 있습니다.

온사이트 연료전지는 프로젝트별 고려 사항의 또 다른 계층을 추가합니다. 연료 가용성, 에너지 가격, 배출 목표, 허가 및 부지 구성은 모두 경제에 영향을 미칠 수 있습니다. 고체 산화물 연료전지는 천연가스 및 기타 연료에서 작동할 수 있으므로, 전기 변환을 줄이는 것이 에너지원 자체를 평가할 필요를 제거하지는 않습니다.

Bloom은 Oracle이 최대 2.8GW의 연료전지 용량을 조달할 의도가 있는 계약을 포함하여 여러 대규모 상업적 약정을 확보했으며, 초기 1.2GW가 계약되었습니다. 이는 온사이트 생성에 대한 수요의 증거를 제공하지만, 모든 800V DC 프로젝트가 같은 경로를 따를 것이라는 의미는 아닙니다.

더 가능성 높은 단기 시나리오는 여러 아키텍처의 혼합입니다. 일부 운영자는 유틸리티 AC를 유지하고 AI 랙 근처에서 전력을 변환할 수 있습니다. 다른 운영자는 변환을 시설 경계로 이동시킬 수 있습니다. 올바른 에너지 경제를 갖춘 녹지대 캠퍼스는 온사이트 DC 생성을 고려할 수 있습니다.

데이터 센터 리더들에게 더 큰 변화는 단순히 AC에서 DC로의 변화가 아닙니다. 이는 전력 생성, 배분, 변환, 저장, 보호 및 컴퓨팅 인프라를 하나의 시스템으로 설계해야 할 필요성이 증가하고 있다는 것입니다. AI는 전기 아키텍처를 전략적 자본 결정으로 만들고 있습니다. 랙 밀도가 계속 증가함에 따라, 전력이 어디에서 나오는지 그리고 어떻게 프로세서에 도달하는지 선택하는 것이 시설 비용, 배포 속도 및 장기 운영 경제에 실질적인 영향을 미칠 수 있습니다.