Дата-центры для задач ИИ переворачивают привычные подходы к производству электроэнергии. Мощностей в электросетях не хватает даже на малую долю необходимого для строящихся объектов. Существующие сети передачи и распределения не позволяют эффективно использовать доступную энергию. По оценкам Управления энергетической информации США (EIA), средние потери в передаче и распределении составляют около 5 процентов, а в некоторых регионах этот показатель заметно выше. Поэтому крупные провайдеры вроде Amazon Web Services, Google Cloud и Microsoft Azure активно ищут способы увеличить доступ к энергии и повысить её использование.
Microsoft, в частности, видит перспективы в высокотемпературных сверхпроводниках (HTS) как альтернативе медным кабелям. Эти материалы снижают потери при передаче, повышают надёжность энергосистем и уменьшают влияние дата-центров на окружающую среду за счёт сокращения занимаемого пространства для линий электропередач.
«Сверхпроводники позволяют передавать большие объёмы энергии на меньшем пространстве, что помогает создавать более экологичные и компактные инфраструктуры», — отметил Аластэр Спирс, генеральный менеджер по глобальной инфраструктуре Microsoft.
Сверхпроводники повышают эффективность энергопередачи
Медь хорошо проводит ток, но сопротивление вызывает нагрев, снижает КПД и ограничивает пропускную способность линий. HTS практически устраняют сопротивление благодаря специальным материалам, охлаждаемым до криогенных температур. Название «высокотемпературные» условно: они работают при температурах выше, чем у классических сверхпроводников, но всё равно требуют сильного охлаждения.
Получающиеся кабели компактнее и легче медных аналогов, не вызывают просадок напряжения и не греются. Это идеально подходит для дата-центров ИИ, где нужно разместить огромные нагрузки на минимальной площади. Число подстанций можно сократить. По словам Спирса, новые сверхпроводящие линии обеспечивают ёмкость на порядок выше традиционных при одинаковом уровне напряжения.
Microsoft сотрудничает с разработчиками, вложив 75 миллионов долларов в компанию Veir, которая создаёт сверхпроводящие силовые кабели. Их продукция основана на HTS-лентах из редкоземельного барий-медного оксида (REBCO). Это керамический сверхпроводящий слой, нанесённый тонкой плёнкой на металлическую основу и превращённый в прочный проводник для сборки кабелей.
«Главное отличие от меди или алюминия — сверхпроводящий слой при рабочей температуре передаёт ток почти без сопротивления, достигая высокой плотности тока в компактном исполнении», — объясняет Тим Хайдел, сооснователь и CEO Veir.
Охлаждение жидким азотом для дата-центров
Сверхпроводники HTS работают при криогенных температурах, поэтому системы передачи энергии включают охлаждение. Veir применяет замкнутый контур с жидким азотом: газ проходит по всей длине кабеля, выходит на другом конце, охлаждается и возвращается в начало.
«Жидкий азот — доступный, недорогой и безопасный ресурс, широко применяемый в промышленности в огромных объёмах, — подчёркивает Хайдел. — Мы опираемся на проверенные стандарты работы с ним, чтобы создать надёжные решения для дата-центров с постоянной эксплуатацией, мониторингом и контролем на уровне критической инфраструктуры, а не лабораторных условий».
Охлаждение можно организовать внутри дата-центра или снаружи. Хайдел предпочитает внешний вариант, чтобы не усложнять внутренние помещения. Линии с азотом подводятся к зданию, а система охлаждения управляется как обычный инженерный узел.
Редкоземельные материалы, криогенные контуры — всё это повышает стоимость. HTS не вытеснят медь в большинстве случаев. Экономика выгодна там, где ограничены пространство, вес, падение напряжения или тепловыделение.
«Тогда преимущества проявляются на уровне всей системы: компактность, минимальные потери, свобода в прокладке линий, — говорит Хайдел. — С масштабированием производства лент HTS, ростом выхода годных и стандартизацией оборудования, монтажа и эксплуатации затраты снизятся, а риски упадут».
Дата-центры ИИ становятся отличной площадкой для таких инноваций. Крупные операторы готовы вкладываться в эффективность, балансируя расходы на разработку с доходами от ИИ-сервисов.
«Производство HTS дозрело, особенно ленты — улучшились цены и поставки, — комментирует Хусам Алисса, директор по системным технологиям в Microsoft. — Сейчас мы с партнёрами проверяем технологию, снижаем риски, уделяя внимание дизайну и интеграции систем».