一種范式轉變正在我們眼前發生。在 18 世紀和 19 世紀，大不列顛使用煤來為工業革命提供動力，推動向機器制造轉型，第一次能源革命也因此開啟。隨后在美國發生了第二次能源革命，20 世紀石油產業的繁榮推動了汽車和電力領域取得前所未有的進步。

如今，人工智能 (AI) 的快速發展正在引領第三次能源革命，涵蓋產生、轉換和分配為我們正在消耗的大量數據提供動力所需的能源。如何產生為數據中心供電所需的必要能量，以及如何有效地將這些能量沿著電源路徑從電網傳輸到處理器的柵極，正迅速成為我們這個時代最令人興奮的挑戰。

不斷變化的分配水平

隨著 AI 數據中心對計算能力的需求不斷擴大，數據中心的架構也在發生重大變化。通常，服務器在數據中心計算機架中堆疊在一起，電源單元 (PSU) 位于底部。交流電 (AC) 被分配到每個服務器機架，PSU 將其轉換為 48V，然后再降為 12V。服務器中的負載點轉換器然后將其降低為處理器柵極核心電壓。

隨著生成式 AI 的問世，以及后續為處理信息而增設更多服務器，機架如今對電力的需求大幅增加。例如，向大型語言模型 (LLM) 輸入一個問題，所需的電力是向搜索引擎輸入同一個問題所需電力的 10 倍。這些不斷增長的電力需求正將供電架構推向極限。

正因如此，數據中心運營商正在重新構想將交流到直流 (DC) 轉換從服務器機架中移出的方法，以便在單個計算（或 IT）機架中為更多的電源和更多的服務器創造空間。其中一種方法是將 PSU 移動到位于 IT 機架旁的單獨機架（稱為側機架）中。然而，最終的目標是提供一個單獨的電源室，將高壓直流配電到整個服務器大廳。

用太陽能滿足電力需求

隨著數據中心需要更多電力來支撐不斷增長且持續演進的工作負載，可再生能源或許正是解決之道。在世界上的許多地區，太陽能正成為一種越來越容易獲得和負擔的能源。巧合的是，數據中心的客戶承諾在其公司內部使用 100% 的可再生能源，而這一承諾也必須反映在他們使用的數據中心中。太陽能不僅可以幫助數據中心客戶實現其可持續發展目標，還能提供一種快速部署更多發電設施的方式。

半導體是太陽能轉換過程的核心，使這些技術成為了滿足數據中心電力需求的關鍵。高效的能源轉換和精確的傳感技術對于使太陽能成為電網的可靠能源來源至關重要。

通過儲能更大限度地提高太陽能輸出

盡管數據中心每天每小時都在運行，但太陽能只在白天產生。那么，在沒有陽光的時候，太陽能將如何為數據中心供電呢？這正是電池儲能系統 (ESS) 成為關鍵解決方案的原因，它能確保能源持續可用，并在任何需要的時刻都能發揮作用。

電池早已是電網的核心組成部分，能夠在整個電網中高效存儲和釋放大量電力，如今電池正被專門應用于數據中心。ESS 內部的電池管理系統會直接監測電池單元，評估內部的能量儲量，通過測量電壓來確定電池的荷電狀態與健康狀態，進而確保可以穩定供應所需電力。

在人工智能時代，數據已成為新的貨幣，而且比以往任何時候都更有價值。因此，必須有某種工具為數據提供動力和支撐。我們用煤來推動工廠的運轉，用石油來推動汽車的發展；現在，可再生能源可以幫助我們解決未來數據中心日益增長的電力需求。

本博文由德州儀器電力設計服務和電力輸送部門總經理 Robert Taylor 與能源基礎設施部門總經理 Henrik Mannesson 撰寫。