Trung Đào
Writer
Một báo cáo mới của Infineon, tập đoàn hàng đầu thế giới về chất bán dẫn công suất, vừa thu hút sự chú ý mạnh mẽ của giới công nghệ. Trọng tâm của báo cáo là một câu hỏi sống còn với trí tuệ nhân tạo: lấy đâu ra điện để nuôi AI trong tương lai.
Trong bối cảnh nhu cầu tính toán AI tăng theo cấp số nhân, Infineon cho rằng giới hạn không còn nằm ở chip hay thuật toán, mà đang dần chuyển sang hạ tầng năng lượng. Công ty hiện cũng đang hợp tác với NVIDIA để phát triển hệ thống cấp nguồn cho các giá đỡ AI thế hệ mới, với điện áp một chiều lên tới 800V.
Trong báo cáo chuyên đề mang tên Tương lai của sức mạnh AI, Infineon đưa ra 7 dự đoán lớn, trải rộng từ cấp độ bộ xử lý, giá đỡ máy chủ cho tới toàn bộ trung tâm dữ liệu.
Dự đoán 1: Cấp nguồn từ mặt sau chip sẽ trở thành tiêu chuẩn mới
Infineon cho biết các bộ xử lý AI như GPU và TPU đang ngày càng lớn và ngốn điện hơn. Trong vòng khoảng 10 năm tới, dòng điện cấp cho một bộ xử lý có thể lên tới 10.000 ampe.
Cách cấp nguồn truyền thống từ cạnh bo mạch không còn phù hợp do hạn chế về mật độ dòng, tổn hao và không gian. Giải pháp tương lai là cấp nguồn theo chiều dọc, đưa điện trực tiếp tới mặt sau của chip thông qua bo mạch chủ.
Dự đoán 2: Bo mạch chủ sẽ chuyển sang nguồn DC điện áp cao
Khi số lượng GPU trong một giá đỡ tiếp tục tăng, công suất tiêu thụ trên mỗi rack có thể vượt 1 megawatt. Infineon dự đoán rằng khi mức tiêu thụ đạt khoảng 200 đến 250 kilowatt, kiến trúc 48V hiện nay sẽ không còn đủ.
Thay vào đó, hệ sinh thái sẽ chuyển sang nguồn DC điện áp cao, phổ biến nhất là 800V hoặc ±400V. Điều này kéo theo sự thay đổi lớn trong thiết kế bo mạch chủ, bao gồm các mô-đun chuyển đổi điện áp, cầu chì điện tử và khả năng thay nóng linh kiện.
Dự đoán 3: Giá đỡ máy chủ AI sẽ vượt mốc 1 megawatt
Huấn luyện các mô hình AI siêu lớn với hàng nghìn tỷ tham số đòi hỏi hàng nghìn GPU hoạt động đồng bộ. Để giảm độ trễ và tăng hiệu quả, ngành công nghiệp đang dồn ngày càng nhiều nút tính toán vào cùng một giá đỡ.
Infineon dự đoán rằng trong thập kỷ tới, một rack AI có thể tiêu thụ hơn 1 megawatt điện, đặc biệt khi các kiến trúc máy chủ phiến mật độ cao được triển khai rộng rãi.
Ở mức công suất này, không gian trong tủ rack trở thành nút thắt. Nhiều thành phần như mô-đun nguồn hay bộ lưu trữ năng lượng sẽ phải tách sang các tủ phụ để tối ưu hóa bố trí hệ thống.
Dự đoán 4: Công suất của hệ thống cấp nguồn sẽ vượt 100 kilowatt
Các bộ nguồn truyền thống công suất 3 đến 5,5 kilowatt sẽ không còn đáp ứng được nhu cầu AI. Infineon cho rằng bộ nguồn 12 kilowatt sẽ trở thành đơn vị tiêu chuẩn mới.
Khi nhiều mô-đun nguồn công suất lớn được tích hợp vào cùng một khung, tổng công suất cấp điện có thể vượt 100 kilowatt, đủ để nuôi các rack AI ở cấp megawatt. Song song đó, trung tâm dữ liệu sẽ chuyển dần từ nguồn một pha sang nguồn ba pha, tạo ra dòng DC cao áp ngay trong tủ thiết bị.
Dự đoán 5: Trung tâm dữ liệu AI sẽ tiêu thụ điện ở cấp gigawatt
Theo Infineon, các trung tâm dữ liệu lớn hiện nay đã tiêu thụ hàng trăm megawatt điện. Trong tương lai, các “nhà máy AI” chuyên dụng sẽ xuất hiện, với tổng nhu cầu điện năng trên cùng một khuôn viên có thể đạt mức gigawatt, thậm chí cao hơn.
Quy mô này đặt ra thách thức lớn cho lưới điện, buộc các trung tâm dữ liệu phải tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn và khả năng bù tải tức thời để đảm bảo vận hành ổn định.
Dự đoán 6: Phân phối điện sẽ chuyển từ AC sang lưới DC cục bộ
Khi nhu cầu điện lên tới gigawatt, các hệ thống phân phối điện xoay chiều với nhiều tầng chuyển đổi sẽ gây tổn hao lớn và phức tạp.
Infineon dự đoán trung tâm dữ liệu AI trong tương lai sẽ sử dụng lưới điện DC siêu nhỏ, với bus DC cao áp làm trung tâm. Điện được chỉnh lưu tập trung rồi phân phối trực tiếp tới các giá đỡ máy chủ, giúp giảm số bước chuyển đổi và tăng hiệu suất tổng thể.
Trong kiến trúc này, máy biến áp bán dẫn và thiết bị đóng cắt bán dẫn sẽ trở thành hạ tầng cốt lõi, tạo nên chuỗi cung ứng điện hoàn toàn dựa trên chất bán dẫn.
Dự đoán 7: Năng lượng tái tạo là chìa khóa để AI phát triển bền vững
Infineon nhấn mạnh rằng trung tâm dữ liệu AI đang trở thành một trong những đối tượng tiêu thụ điện lớn nhất tại nhiều khu vực. Việc chỉ dựa vào nhiên liệu hóa thạch là không bền vững.
Thông điệp được tóm gọn rất rõ: không có điện thì không có AI.
Trong tương lai, các trung tâm dữ liệu sẽ phải tích hợp sâu năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ pin, thông qua đầu tư phát điện tại chỗ hoặc ký hợp đồng mua điện dài hạn với lưới điện. Năng lượng mặt trời, gió, pin nhiên liệu sẽ đóng vai trò chủ đạo; địa nhiệt có thể được khai thác ở một số khu vực.
Bên cạnh đó, điện hạt nhân và lò phản ứng mô-đun nhỏ được xem là nguồn điện không phát thải carbon ổn định trong dài hạn. Các nguồn như khí tự nhiên vẫn sẽ giữ vai trò quan trọng trong giai đoạn chuyển tiếp.
Trong bối cảnh nhu cầu tính toán AI tăng theo cấp số nhân, Infineon cho rằng giới hạn không còn nằm ở chip hay thuật toán, mà đang dần chuyển sang hạ tầng năng lượng. Công ty hiện cũng đang hợp tác với NVIDIA để phát triển hệ thống cấp nguồn cho các giá đỡ AI thế hệ mới, với điện áp một chiều lên tới 800V.
Trong báo cáo chuyên đề mang tên Tương lai của sức mạnh AI, Infineon đưa ra 7 dự đoán lớn, trải rộng từ cấp độ bộ xử lý, giá đỡ máy chủ cho tới toàn bộ trung tâm dữ liệu.
Dự đoán 1: Cấp nguồn từ mặt sau chip sẽ trở thành tiêu chuẩn mới
Infineon cho biết các bộ xử lý AI như GPU và TPU đang ngày càng lớn và ngốn điện hơn. Trong vòng khoảng 10 năm tới, dòng điện cấp cho một bộ xử lý có thể lên tới 10.000 ampe.
Cách cấp nguồn truyền thống từ cạnh bo mạch không còn phù hợp do hạn chế về mật độ dòng, tổn hao và không gian. Giải pháp tương lai là cấp nguồn theo chiều dọc, đưa điện trực tiếp tới mặt sau của chip thông qua bo mạch chủ.
Dự đoán 2: Bo mạch chủ sẽ chuyển sang nguồn DC điện áp cao
Khi số lượng GPU trong một giá đỡ tiếp tục tăng, công suất tiêu thụ trên mỗi rack có thể vượt 1 megawatt. Infineon dự đoán rằng khi mức tiêu thụ đạt khoảng 200 đến 250 kilowatt, kiến trúc 48V hiện nay sẽ không còn đủ.
Thay vào đó, hệ sinh thái sẽ chuyển sang nguồn DC điện áp cao, phổ biến nhất là 800V hoặc ±400V. Điều này kéo theo sự thay đổi lớn trong thiết kế bo mạch chủ, bao gồm các mô-đun chuyển đổi điện áp, cầu chì điện tử và khả năng thay nóng linh kiện.
Dự đoán 3: Giá đỡ máy chủ AI sẽ vượt mốc 1 megawatt
Huấn luyện các mô hình AI siêu lớn với hàng nghìn tỷ tham số đòi hỏi hàng nghìn GPU hoạt động đồng bộ. Để giảm độ trễ và tăng hiệu quả, ngành công nghiệp đang dồn ngày càng nhiều nút tính toán vào cùng một giá đỡ.
Infineon dự đoán rằng trong thập kỷ tới, một rack AI có thể tiêu thụ hơn 1 megawatt điện, đặc biệt khi các kiến trúc máy chủ phiến mật độ cao được triển khai rộng rãi.
Ở mức công suất này, không gian trong tủ rack trở thành nút thắt. Nhiều thành phần như mô-đun nguồn hay bộ lưu trữ năng lượng sẽ phải tách sang các tủ phụ để tối ưu hóa bố trí hệ thống.
Dự đoán 4: Công suất của hệ thống cấp nguồn sẽ vượt 100 kilowatt
Các bộ nguồn truyền thống công suất 3 đến 5,5 kilowatt sẽ không còn đáp ứng được nhu cầu AI. Infineon cho rằng bộ nguồn 12 kilowatt sẽ trở thành đơn vị tiêu chuẩn mới.
Khi nhiều mô-đun nguồn công suất lớn được tích hợp vào cùng một khung, tổng công suất cấp điện có thể vượt 100 kilowatt, đủ để nuôi các rack AI ở cấp megawatt. Song song đó, trung tâm dữ liệu sẽ chuyển dần từ nguồn một pha sang nguồn ba pha, tạo ra dòng DC cao áp ngay trong tủ thiết bị.
Dự đoán 5: Trung tâm dữ liệu AI sẽ tiêu thụ điện ở cấp gigawatt
Theo Infineon, các trung tâm dữ liệu lớn hiện nay đã tiêu thụ hàng trăm megawatt điện. Trong tương lai, các “nhà máy AI” chuyên dụng sẽ xuất hiện, với tổng nhu cầu điện năng trên cùng một khuôn viên có thể đạt mức gigawatt, thậm chí cao hơn.
Quy mô này đặt ra thách thức lớn cho lưới điện, buộc các trung tâm dữ liệu phải tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn và khả năng bù tải tức thời để đảm bảo vận hành ổn định.
Dự đoán 6: Phân phối điện sẽ chuyển từ AC sang lưới DC cục bộ
Khi nhu cầu điện lên tới gigawatt, các hệ thống phân phối điện xoay chiều với nhiều tầng chuyển đổi sẽ gây tổn hao lớn và phức tạp.
Infineon dự đoán trung tâm dữ liệu AI trong tương lai sẽ sử dụng lưới điện DC siêu nhỏ, với bus DC cao áp làm trung tâm. Điện được chỉnh lưu tập trung rồi phân phối trực tiếp tới các giá đỡ máy chủ, giúp giảm số bước chuyển đổi và tăng hiệu suất tổng thể.
Trong kiến trúc này, máy biến áp bán dẫn và thiết bị đóng cắt bán dẫn sẽ trở thành hạ tầng cốt lõi, tạo nên chuỗi cung ứng điện hoàn toàn dựa trên chất bán dẫn.
Dự đoán 7: Năng lượng tái tạo là chìa khóa để AI phát triển bền vững
Infineon nhấn mạnh rằng trung tâm dữ liệu AI đang trở thành một trong những đối tượng tiêu thụ điện lớn nhất tại nhiều khu vực. Việc chỉ dựa vào nhiên liệu hóa thạch là không bền vững.
Thông điệp được tóm gọn rất rõ: không có điện thì không có AI.
Trong tương lai, các trung tâm dữ liệu sẽ phải tích hợp sâu năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ pin, thông qua đầu tư phát điện tại chỗ hoặc ký hợp đồng mua điện dài hạn với lưới điện. Năng lượng mặt trời, gió, pin nhiên liệu sẽ đóng vai trò chủ đạo; địa nhiệt có thể được khai thác ở một số khu vực.
Bên cạnh đó, điện hạt nhân và lò phản ứng mô-đun nhỏ được xem là nguồn điện không phát thải carbon ổn định trong dài hạn. Các nguồn như khí tự nhiên vẫn sẽ giữ vai trò quan trọng trong giai đoạn chuyển tiếp.
