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人工智能數(shù)據(jù)中心正在顛覆全球電力生產(chǎn)格局?，F(xiàn)有電網(wǎng)的電力容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足正在建設(shè)的數(shù)據(jù)中心所需的能源量。傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)絡(luò)效率低下，無法充分利用所有可用電力。據(jù)美國能源信息署 (EIA) 的數(shù)據(jù)，輸配電網(wǎng)絡(luò)的年平均損耗約為 5%。在世界其他一些地區(qū)，這一損耗率甚至更高。因此，亞馬遜云服務(wù) (AWS)、谷歌云和微軟 Azure等超大規(guī)模云服務(wù)提供商正在探索各種途徑來獲取更多電力并提高效率。

例如，微軟正在大力宣傳高溫超導(dǎo)體（HTS）作為銅線替代品的潛在優(yōu)勢。該公司表示，高溫超導(dǎo)體可以通過減少傳輸損耗來提高能源效率，增強(qiáng)電網(wǎng)的韌性，并通過減少電力傳輸所需的空間來限制數(shù)據(jù)中心對社區(qū)的影響。

微軟全球基礎(chǔ)設(shè)施總經(jīng)理阿拉斯泰爾·斯皮爾斯在一篇博客文章中寫道：“由于超導(dǎo)體占用空間較小，卻能傳輸大量電力，因此它們可以幫助我們構(gòu)建更清潔、更緊湊的系統(tǒng)?！?/p>

超導(dǎo)體革新電力效率

銅是良好的導(dǎo)體，但電流在導(dǎo)線中流動(dòng)時(shí)會(huì)遇到電阻。這會(huì)產(chǎn)生熱量，降低效率，并限制電流的傳輸。高溫超導(dǎo)（HTS）在很大程度上消除了這種電阻因素，因?yàn)樗沙瑢?dǎo)材料制成，并冷卻到極低溫。（盡管名稱中帶有“高溫”二字，但高溫超導(dǎo)體仍然需要極低的溫度——盡管比傳統(tǒng)超導(dǎo)體所需的溫度要高得多。）

人工智能數(shù)據(jù)中心正在顛覆全球電力生產(chǎn)格局?，F(xiàn)有電網(wǎng)的電力容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足正在建設(shè)的數(shù)據(jù)中心所需的能源量。傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)絡(luò)效率低下，無法充分利用所有可用電力。據(jù)美國能源信息署 (EIA) 的數(shù)據(jù)，輸配電網(wǎng)絡(luò)的年平均損耗約為 5%。在世界其他一些地區(qū)，這一損耗率甚至更高。因此，亞馬遜云服務(wù) (AWS)、谷歌云和微軟 Azure等超大規(guī)模云服務(wù)提供商正在探索各種途徑來獲取更多電力并提高效率。

例如，微軟正在大力宣傳高溫超導(dǎo)體（HTS）作為銅線替代品的潛在優(yōu)勢。該公司表示，高溫超導(dǎo)體可以通過減少傳輸損耗來提高能源效率，增強(qiáng)電網(wǎng)的韌性，并通過減少電力傳輸所需的空間來限制數(shù)據(jù)中心對社區(qū)的影響。

微軟全球基礎(chǔ)設(shè)施總經(jīng)理阿拉斯泰爾·斯皮爾斯在一篇博客文章中寫道：“由于超導(dǎo)體占用空間較小，卻能傳輸大量電力，因此它們可以幫助我們構(gòu)建更清潔、更緊湊的系統(tǒng)?！?/p>

超導(dǎo)體革新電力效率

銅是良好的導(dǎo)體，但電流在導(dǎo)線中流動(dòng)時(shí)會(huì)遇到電阻。這會(huì)產(chǎn)生熱量，降低效率，并限制電流的傳輸。高溫超導(dǎo)（HTS）在很大程度上消除了這種電阻因素，因?yàn)樗沙瑢?dǎo)材料制成，并冷卻到極低溫。（盡管名稱中帶有“高溫”二字，但高溫超導(dǎo)體仍然需要極低的溫度——盡管比傳統(tǒng)超導(dǎo)體所需的溫度要高得多。）

這種新型電纜比銅線更細(xì)更輕，傳輸電流時(shí)不會(huì)降低電壓，也不會(huì)產(chǎn)生熱量。這完美契合了人工智能數(shù)據(jù)中心的需求，它們需要在有限的空間內(nèi)承載巨大的電力負(fù)荷。此外，所需的變電站數(shù)量也會(huì)減少。據(jù)斯皮爾斯稱，下一代超導(dǎo)輸電線路在相同電壓等級下提供的容量比傳統(tǒng)線路高出一個(gè)數(shù)量級。

微軟正與合作伙伴共同推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，其中包括向超導(dǎo)電力技術(shù)開發(fā)商Veir投資7500萬美元。Veir的導(dǎo)體采用高溫超導(dǎo)（HTS）帶材，這種帶材最常用的是一種名為稀土鋇銅氧化物（REBCO）的材料。REBCO是一種陶瓷超導(dǎo)層，以薄膜的形式沉積在金屬基板上，然后加工成堅(jiān)固耐用的導(dǎo)體，最終可組裝成電力電纜。

Veir 的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Tim Heidel表示：“與銅或鋁的主要區(qū)別在于，在工作溫度下，超導(dǎo)層幾乎沒有電阻即可承載電流，從而能夠在更緊湊的外形尺寸中實(shí)現(xiàn)非常高的電流密度?！?/p>

數(shù)據(jù)中心液氮冷卻

高溫超導(dǎo)（HTS）電纜仍需在低溫環(huán)境下運(yùn)行，因此必須將冷卻系統(tǒng)集成到供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。Veir公司采用閉環(huán)液氮系統(tǒng)來維持較低的工作溫度：液氮在電纜內(nèi)循環(huán)，從遠(yuǎn)端流出，再次冷卻后，再循環(huán)回到起點(diǎn)。

海德爾表示：“液氮是一種儲(chǔ)量豐富、成本低廉且安全的材料，被大規(guī)模應(yīng)用于眾多關(guān)鍵的商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。我們正在借鑒其他行業(yè)中已驗(yàn)證的液氮使用經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)中心解決方案，以滿足連續(xù)運(yùn)行的需求，并配備符合關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施要求而非實(shí)驗(yàn)室條件的監(jiān)控和控制系統(tǒng)?！?/p>

高溫超導(dǎo)（HTS）電纜的冷卻可以在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部進(jìn)行，也可以在外部進(jìn)行。海德堡傾向于后者，因?yàn)檫@樣可以最大限度地減少室內(nèi)空間占用和運(yùn)行復(fù)雜性。液氮管線被輸送到設(shè)施內(nèi)部，為超導(dǎo)體提供冷卻。這些管線將電力輸送到需要的地方，冷卻系統(tǒng)的管理方式與其他設(shè)施子系統(tǒng)相同。

稀土材料、冷卻回路、低溫環(huán)境——所有這些都會(huì)顯著增加成本。因此，高溫超導(dǎo)技術(shù)在絕大多數(shù)應(yīng)用中無法取代銅。海德爾表示，在電力傳輸受到空間、重量、電壓降和散熱限制的情況下，高溫超導(dǎo)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢最為顯著。

海德爾表示：“在這些情況下，其價(jià)值體現(xiàn)在系統(tǒng)層面：更小的體積、更低的電阻損耗以及更靈活的電源布線方式。隨著技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展，通過提高高溫超導(dǎo)薄膜的產(chǎn)量和良率，以及周邊系統(tǒng)硬件、安裝規(guī)范和操作手冊的標(biāo)準(zhǔn)化，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性和部署風(fēng)險(xiǎn)，成本有望得到改善?！?/p>

人工智能數(shù)據(jù)中心正成為這種方法的理想試驗(yàn)場。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商愿意投資開發(fā)更高效的系統(tǒng)。他們可以權(quán)衡研發(fā)投入與廣泛提供人工智能服務(wù)可能帶來的收入。

微軟系統(tǒng)技術(shù)總監(jiān)胡薩姆·阿利薩表示：“高溫超導(dǎo)制造技術(shù)已經(jīng)成熟，尤其是在卷帶方面，這提高了成本效益和供應(yīng)穩(wěn)定性。我們目前的重點(diǎn)是與合作伙伴一起驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)并降低其風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成?！?/p>

https://spectrum.ieee.org/ai-data-centers-hts-superconductors

（來源：編譯自IEEE）

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