Stromversorgung für Rechenzentren im KI-Zeitalter neu gedacht
Künstliche Intelligenz verändert den Energiebedarf von Rechenzentren und deren Energieverteilung innerhalb der Anlage.
Hochdichte GPU-Systeme treiben den Bedarf an Rack-Leistung in den Bereich von Hunderten von Kilowatt, und Megawatt-Systeme sind bereits in Sicht. Bei diesen Leistungsniveaus stößt die herkömmliche Niederspannungsverteilung an ihre Grenzen. Höhere Stromstärken erfordern mehr Kupfer, größere Leiter und mehr Platz für die elektrische Infrastruktur. Jede zusätzliche Wandlungsstufe verursacht zudem Verluste und Wärme.
Diese Anforderungen führen zu einem wachsenden Interesse an der 800-V-Gleichstromverteilung. Die Umstellung auf 800 V Gleichstrom wird jedoch nicht gleichzeitig im gesamten Rechenzentrum erfolgen. Der erste und unmittelbarste Anwendungsfall ist die Hochleistungsrechnerleistung.
800 VDC beginnt mit dem GPU-Rack
Die Stromversorgung mit höherer Spannung reduziert den Strombedarf für die gleiche Leistung. In hochdichten GPU-Racks kann dies die Größe der Stromversorgungseinheiten und der zugehörigen Infrastruktur verringern, wodurch mehr Platz für Rechenleistung zur Verfügung steht und der Einsatz von Racks im Megawattbereich wirtschaftlich wird.
Netzwerkgeräte, Kühlverteilungseinheiten und andere Verbraucher könnten im Laufe der Zeit ebenfalls von der Gleichstromverteilung profitieren. Die Verbreitung dürfte sich dort fortsetzen, wo die steigende Dichte die überzeugendsten Argumente liefert, während sich Geräte, Standards und Betriebserfahrung weiterentwickeln.
Für viele Betreiber deutet dies auf eine hybride Architektur für absehbare Zeit hin. Die bestehende Wechselstrominfrastruktur kann weiterhin konventionelle Lasten bedienen, während 800 VDC für Rechenprozesse mit höchster Dichte eingeführt werden.
Die Stromversorgungskette neu denken
Durch die Verwendung höherer Spannungen in der Stromverteilung lassen sich Stromstärke, Leiterquerschnitt und Umwandlungsverluste reduzieren. Noch größere Einsparungen sind möglich, wenn die gesamte Stromversorgungskette im Hinblick auf die Anforderungen der KI-Infrastruktur neu konzipiert wird.
Ein kürzlich gemeinsam von Trane Technologies und Eaton entwickeltes Referenzdesign verdeutlicht das Potenzial. Durch die Weiterentwicklung von Mittelspannungsarchitekturen für KI-Einrichtungen mit hoher Dichte erzielt der Entwurf kombinierte Energieeffizienzgewinne von bis zu 15 %, Kupfereinsparungen von bis zu 80 % und Installationskostenreduzierungen von bis zu 30 % im Vergleich zu herkömmlichen Niederspannungsdesigns.
Diese Zahlen beziehen sich auf das gesamte Referenzdesign und nicht auf 800 VDC isoliert betrachtet. Sie verdeutlichen das Potenzial, das sich ergibt, wenn Stromumwandlung, -verteilung und -schutz vom Netzanschluss bis zum Rack gemeinsam entwickelt werden.
Engineering für eine energiesensible Umgebung
Die Gleichstromverteilung ist in anderen Branchen bereits etabliert, aber Rechenzentren bringen eine besondere Kombination aus hoher Leistungsdichte, Empfindlichkeit gegenüber Stromstörungen und anspruchsvollen Verfügbarkeitsanforderungen mit sich.
Die 800-VDC-Verteilung erfordert daher eine sorgfältige Koordination des gesamten elektrischen Systems. Für diese Architekturen werden neue Technologien wie Halbleitertransformatoren und Halbleiterleistungsschalter entwickelt, wobei Schutzfunktionen, Leistungswandlung, Energiespeicherung und Rack-Geräte reibungslos zusammenarbeiten müssen.
Die Beziehung zum Rack selbst ist besonders wichtig. Der Schutz muss schnell genug reagieren, um Fehler zu isolieren und gleichzeitig unnötige Beeinträchtigungen benachbarter Rechenprozesse zu vermeiden. Entscheidungen bezüglich Stromversorgungseinheiten und GPU-Auslastung können sich daher weit vorgelagert auf die Ausrüstung und Schutzstrategien auswirken.
Mit steigender Rackdichte müssen Elektrotechniker, Rack-Designer und Gerätehersteller enger zusammenarbeiten. Die Stromversorgungsarchitektur kann nicht mehr unabhängig von den von ihr unterstützten Rechensystemen entwickelt werden.
Erfahrungen mit Hochspannungs-Gleichstrom sammeln
Der Übergang zu noch höheren Gleichspannungen bietet potenzielle Vorteile, da der Stromverbrauch von Racks und Anlagen weiter steigt. Aktuell kann die Branche noch viel aus dem sicheren und zuverlässigen Einsatz von 800 VDC in Rechenzentren lernen.
Diese Einsätze werden praktische Erfahrungen in Bereichen wie Schutz, Schaltung, Sicherheit, Wartung und Systemkoordination ermöglichen. Sie werden den Betreibern außerdem helfen, festzustellen, wo Gleichstromverteilung die größten Vorteile bietet und wo konventioneller Wechselstrom weiterhin besser geeignet ist.
Die gewonnenen Erkenntnisse fließen bereits in die Überlegungen zur nächsten Generation von Stromversorgungsarchitekturen ein. Anstelle eines einmaligen, umfassenden Übergangs dürfte der Weg eher eine schrittweise Erweiterung von Hochspannungs-Gleichstromsystemen sein, sobald die Technologien ausgereifter sind und das Vertrauen in den Betrieb wächst.
Deutschlands Infrastruktur für höhere Rechenleistung vorbereiten
Deutschland steht vor dem gleichen rasanten Anstieg der KI-Rechenleistung wie der globale Markt insgesamt, verbunden mit besonders dringlichen Fragen hinsichtlich der Stromverfügbarkeit, der Effizienz und der resilienten digitalen Infrastruktur.
800 VDC können Engpässe in der Netzkapazität nicht beheben. Sie können Betreibern jedoch helfen, die im Rechenzentrum verfügbare Leistung und den physischen Platz besser zu nutzen, insbesondere da GPU-Racks immer höhere Dichten erreichen.
Die frühzeitige Planung dieses Übergangs bietet Betreibern mehr Flexibilität im Zuge der Weiterentwicklung der KI-Infrastruktur. Der Fokus liegt aktuell auf dem GPU-Rack mit hoher Dichte, doch die dabei gewonnenen technischen Erfahrungen werden die Stromverteilung im gesamten Rechenzentrum beeinflussen. Mit der Anpassung des Rechenzentrum-Ökosystems dürfte die 800-V-Gleichspannung ein wichtiger Bestandteil der Konzeption, des Schutzes und der Skalierung neuer Kapazitäten werden.
Über den Autor
Andreas Rockenbauch ist seit fast 25 Jahren in der Datacenter Brache tätig. Nun bereits im 8. Jahr bei Eaton, leitet er seit Anfang 2025 das Datacenter Segment Germany bei Eaton. Vorherige Stationen waren bei namhaften anderen Firmen der Branche. Zudem ist er als Key Account Manager für drei global agierende Colocation Operator in einer EMEA Rolle verantwortlich.
Über Eaton
Eaton ist ein Unternehmen für intelligentes Energiemanagement, das die Rechenzentrumsbranche bei der Entwicklung, dem Aufbau und dem Betrieb skalierbarer, ausfallsicherer, effizienter und nachhaltiger digitaler Infrastrukturen unterstützt. Da KI, Cloud Computing, Edge Computing und Big Data die Rackdichte, dynamische Lasten und die Belastung der Netzanschlüsse erhöhen, müssen Betreiber die Kapazität schneller erweitern können, ohne Kompromisse bei Verfügbarkeit, Sicherheit, Cybersicherheit, Energieeffizienz oder thermischer Effizienz einzugehen. Eaton vereint Stromverteilung, Notstromversorgung, netzinteraktive USV-Anlagen, Energiespeicher, modulare und vorgefertigte Systeme, digitales Infrastrukturmanagement, Racks und Gehäuse, Lifecycle-Services und fortschrittliche Kühltechnologien, um Betreibern die Optimierung kritischer Infrastrukturen vom Netz bis zum Chip zu ermöglichen.
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