การแพร่หลายของปัญญาประดิษฐ์ (AI) ได้เปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานของศูนย์ข้อมูลอย่างมาก ผลักดันให้ระบบจ่ายไฟต้องรองรับความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่เคยมีมาก่อน การเติบโตอย่างรวดเร็วนี้กำลังผลักดันให้ผู้ให้บริการด้านแหล่งจ่ายไฟคิดค้นนวัตกรรมไปสู่สถาปัตยกรรมพลังงาน 48 โวลต์ หรือสูงกว่านั้น

ขณะที่บริษัทยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยี ผู้ผลิตชิป และผู้ให้บริการศูนย์ข้อมูลต่างพยายามอย่างเต็มที่เพื่อใช้ประโยชน์จากศักยภาพของ AI การใช้พลังงานก็เพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก ในปี 2023 ศูนย์ข้อมูลในสหรัฐอเมริกาใช้พลังงานรวมกัน 176 เทราวัตต์ชั่วโมง (TWh) ซึ่งคิดเป็นประมาณ 4.4% ของการใช้พลังงานทั้งหมดในสหรัฐฯ และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็นระหว่าง 325 ถึง 580 TWh ภายในปี 2028 ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนถึง 12% ของการใช้พลังงานทั้งหมดในสหรัฐฯ

การเติบโตอย่างรวดเร็วนี้กำลังผลักดันให้ผู้ให้บริการแหล่งจ่ายไฟคิดค้นนวัตกรรมใหม่ๆ เพื่อนำเสนอโซลูชันที่รองรับความสามารถในการประมวลผลที่สูงขึ้น ในขณะที่ยังคงรักษาขนาดที่กะทัดรัดและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น นอกจากนี้ยังส่งผลต่อโครงการ Open Compute Project (OCP) ซึ่งมาตรฐานศูนย์ข้อมูลที่มาจากชุมชนทำหน้าที่เป็นแนวทางสำคัญในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีทั่วโลก หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้และตอบสนองมาตรฐานอุตสาหกรรมคือการเปลี่ยนไปใช้สถาปัตยกรรมพลังงาน 48 โวลต์ หรือสูงกว่านั้น

สถาปัตยกรรม 48 V กำลังกลายเป็นข้อกำหนดขั้นต่ำสำหรับ AI

ผู้ประกอบการศูนย์ข้อมูลกำลังหันมาใช้สถาปัตยกรรมบัส 48 โวลต์มากขึ้นเรื่อยๆ แทนที่ระบบจ่ายไฟ DC 12 โวลต์แบบดั้งเดิม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและรองรับความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น ระบบ 48 โวลต์ช่วยให้การแปลงพลังงานมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดความต้องการกระแสไฟฟ้า จึงช่วยจัดการความร้อนได้ดีกว่าและรองรับการจ่ายพลังงานที่มีความหนาแน่นสูงกว่าระบบ 12 โวลต์รุ่นก่อนหน้า

ในช่วงปลายปี 2024 OCP ได้เน้นย้ำถึงสถาปัตยกรรม 48 โวลต์ว่าเป็นมาตรฐาน  สำหรับการตอบสนองความต้องการด้านไฟฟ้า กลไก และความร้อนของศูนย์ข้อมูลที่กำลังพัฒนา มาตรฐานนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเสริมศักยภาพให้กับผู้ให้บริการไฮเปอร์สเกลเลอร์และผู้จำหน่ายโซลูชันด้วยรูปแบบ 48 โวลต์ทั่วไปที่ตรงตามข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้าได้อย่างน่าเชื่อถือ ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การใช้พลังงานมีประสิทธิภาพและมีความรับผิดชอบ

จากเดิมที่เป็นเพียงข้อพิจารณาสถาปัตยกรรม 48 โวลต์ได้กลายเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง  ในการรองรับความต้องการด้านพลังงานของปัญญาประดิษฐ์ (AI) การเรียนรู้ของเครื่อง (ML) และเทคโนโลยีขั้นสูงอื่นๆ ด้วยการปรับปรุงการกระจายพลังงานและลดขั้นตอนการแปลง ระบบ 48 โวลต์สามารถลดต้นทุน เพิ่มความสามารถในการขยายขนาด และอำนวยความสะดวกในการกำหนดค่าที่หนาแน่นของเซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์เครือข่ายสมัยใหม่

ข้อดีของสถาปัตยกรรมบัส 48 โวลต์

เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและลดต้นทุนทองแดง

ข้อดีหลักประการหนึ่งของการนำสถาปัตยกรรมจ่ายไฟแร็ค 48 โวลต์มาใช้คือประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้น แตกต่างจากการจ่ายไฟ DC 12 โวลต์แบบดั้งเดิมที่ใช้ในศูนย์ข้อมูล ระบบ 48 โวลต์ช่วยลดกระแสไฟฟ้าและลดการสูญเสียจากความต้านทานตลอดทั้งแร็ค สถาปัตยกรรมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นยังต้องการสายไฟโดยรวมน้อยลง ทำให้ผู้ดูแลศูนย์ข้อมูลสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายด้านทองแดงซึ่งโดยปกติแล้วจะสูงมาก

ความสามารถในการขยายขนาดและการเตรียมพร้อมสำหรับอนาคต

ศูนย์ข้อมูลต้องปรับตัวให้เข้ากับปริมาณงานที่เปลี่ยนแปลงไปและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี สถาปัตยกรรม 48 โวลต์มีความสามารถในการขยายขนาดได้มากกว่าสถาปัตยกรรม 12 โวลต์ ทำให้ผู้ให้บริการสามารถตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการประมวลผลประสิทธิภาพสูงและการกำหนดค่าเซิร์ฟเวอร์ที่มีความหนาแน่นสูงได้ดียิ่งขึ้น ในขณะที่แอปพลิเคชัน AI เช่น การพัฒนา รูปแบบภาษาขนาดใหญ่  (LLM) และการเรียนรู้ของเครื่อง (ML) ยังคงผลักดันความต้องการอย่างต่อเนื่อง ระบบ 48 โวลต์สามารถเป็นรากฐานที่แข็งแกร่งสำหรับการขยายตัวในอนาคตได้

รองรับการกำหนดค่าเซิร์ฟเวอร์ความหนาแน่นสูง

ศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่ใช้การตั้งค่าเซิร์ฟเวอร์ความหนาแน่นสูงมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น เซิร์ฟเวอร์แบบเบลดและคลัสเตอร์ GPU ซึ่งอัดแน่นไปด้วยพลังการประมวลผลในพื้นที่ขนาดเล็ก การกำหนดค่าเหล่านี้มักต้องการพลังงานต่อหน่วยพื้นที่มากขึ้น ซึ่งอาจทำให้ระบบจ่ายไฟแบบดั้งเดิมทำงานหนักเกินไป สถาปัตยกรรม 48 โวลต์เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นสูง เนื่องจากสามารถจ่ายพลังงานจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้ส่วนประกอบการจ่ายไฟขนาดกะทัดรัด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการรองรับการกำหนดค่าเซิร์ฟเวอร์ที่มีความหนาแน่นสูงและสภาพแวดล้อมการประมวลผลแบบคลาวด์ขนาดใหญ่

ส่วนประกอบของสถาปัตยกรรมพลังงาน 48 โวลต์

ในระบบ 48 โวลต์ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) จากแหล่งจ่ายไฟหลักจะถูกส่งไปยังแร็คและแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง 48 โวลต์ (DC) จากนั้นจึงส่งผ่านบัสไปยังเซิร์ฟเวอร์ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล และอุปกรณ์เครือข่ายที่มีกำลังสูง อุปกรณ์เครือข่ายจะใช้ตัวแปลงบัสในตัวเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าลงให้ต่ำกว่าที่จำเป็นสำหรับส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ซีพียู หน่วยความจำ และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล การลดแรงดันไฟฟ้านี้สามารถทำได้จาก 48 โวลต์เป็น 12 โวลต์หรือ 5 โวลต์ และสามารถลดแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมได้โดยใช้ตัวแปลง DC/DC แบบ Point of Load ตามความจำเป็น

หน่วยจ่ายไฟทำหน้าที่จัดการการจัดสรรพลังงานจากบัส 48V ไปยังอุปกรณ์ต่างๆ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจ่ายไฟที่เชื่อถือได้และสมดุล นอกจากนี้ ระบบ 48V มักจะถูกรวมเข้ากับระบบสำรองไฟจากแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายไฟสำรอง (UPS) เพื่อรักษาความต่อเนื่องในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ ช่วยปกป้องงานสำคัญต่างๆ

ความท้าทายในการนำระบบ 48 โวลต์มาใช้งาน

แม้ว่าสถาปัตยกรรม 48 โวลต์จะมีข้อดีหลายประการ แต่ก็มีข้อควรพิจารณาในการนำไปใช้งาน ซึ่งรวมถึง:

• ความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์ป้อนไฟ 48 VDC:ไม่ใช่ทุกอุปกรณ์ในศูนย์ข้อมูลที่มีอยู่จะรองรับไฟป้อน 48 VDC ผู้ดูแลศูนย์ข้อมูลอาจจำเป็นต้องอัปเดตฮาร์ดแวร์เพื่อรองรับการเปลี่ยนไปใช้สถาปัตยกรรม 48 V
• การจัดการความร้อน:การแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งสำคัญในการลดการเกิดความร้อน แต่ในศูนย์ข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูง แม้แต่การเพิ่มขึ้นของภาระความร้อนเพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลกระทบอย่างมาก เพื่อแก้ไขปัญหานี้และรักษาให้อยู่ในสภาวะการทำงานที่เหมาะสม การจัดการการกระจายความร้อนภายในโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานจึงเป็นสิ่งจำเป็น
• การออกแบบที่ซับซ้อน:  ระบบ 48V ที่สามารถทำงานร่วมกับระบบไฟฟ้าและโครงสร้างพื้นฐานของศูนย์ข้อมูลที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อาจต้องใช้ความรู้เฉพาะทางในการออกแบบและติดตั้ง ส่วนประกอบทั้งหมดต้องมีขนาดและการกำหนดค่าที่เหมาะสมเพื่อรองรับความต้องการพลังงานของศูนย์ข้อมูล

เปลี่ยนไปใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นกว่าเดิมที่แร็ค

เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นของการประมวลผลสมัยใหม่ ศูนย์ข้อมูลบางแห่งจึงเริ่มใช้สถาปัตยกรรมแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น โดยเปลี่ยนจากระบบ 48 โวลต์ไปเป็นสถาปัตยกรรมที่สูงถึง 400 โวลต์ ระบบแรงดันไฟฟ้าสูงเหล่านี้จะช่วยลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการจ่ายพลังงานได้มากยิ่งขึ้น เนื่องจากแร็คขนาดใหญ่พิเศษ (hyperscale racks) มีกำลังเฉลี่ยสูงถึง 150 กิโลวัตต์ ระบบ 48 โวลต์จึงยังคงมีความสำคัญ ในขณะเดียวกัน ระบบ 400 โวลต์อาจกลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ต้องการพลังงานสูงถึง 500 กิโลวัตต์

เมื่อพูดถึงเรื่องความสามารถในการขยายขนาด ศูนย์ข้อมูลที่ใช้ไฟ 400 โวลต์สามารถรองรับปริมาณงานที่เพิ่มขึ้นและความต้องการด้านการคำนวณที่สูงขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องออกแบบโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานใหม่ การปรับปรุงประสิทธิภาพ การสูญเสียที่ลดลงระหว่างการจ่ายพลังงาน และความต้องการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ที่ลดลง ยังสามารถช่วยประหยัดต้นทุนในระยะยาวได้อีกด้วย สมาชิก OCP ซึ่งรวมถึงผู้เล่นในอุตสาหกรรมตั้งแต่สตาร์ทอัพไปจนถึงไฮเปอร์สเกลเลอร์ กำลังเริ่มสำรวจความเป็นไปได้ของการใช้งาน 400 โวลต์เพื่อสร้างระบบนิเวศศูนย์ข้อมูลที่มีประสิทธิภาพและน่าเชื่อถือยิ่งขึ้น

ในขณะที่ AI ยังคงปฏิวัติอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง โครงสร้างพื้นฐานที่รองรับการเติบโตของ AI ก็ต้องพัฒนาไปพร้อมกัน นวัตกรรมต่างๆ เช่น สถาปัตยกรรม 48 V และ 400 V กำลังปูทางให้ศูนย์ข้อมูลสามารถรองรับปริมาณงานที่สูงขึ้น ปรับปรุงประสิทธิภาพ และปรับตัวให้เข้ากับความต้องการของการประมวลผลยุคใหม่

แม้ว่ายังคงมีความท้าทายอยู่บ้าง เช่น การรับรองความเข้ากันได้และการจัดการการระบายความร้อน แต่ประโยชน์จากความก้าวหน้าเหล่านี้มีมากกว่าอุปสรรค ด้วยการนำโซลูชันด้านพลังงานเชิงกลยุทธ์มาใช้ ศูนย์ข้อมูลสามารถเพิ่มขีดความสามารถในการขยายขนาด ลดต้นทุนด้านพลังงาน และเตรียมพร้อมสำหรับความต้องการในอนาคตของ AI, LLM และ ML ได้