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人工智能数据中心正在颠覆全球电力生产格局。现有电网的电力容量远远无法满足正在建设的数据中心所需的能源量。传统的输配电网络效率低下，无法充分利用所有可用电力。据美国能源信息署 (EIA) 的数据，输配电网络的年平均损耗约为 5%。在世界其他一些地区，这一损耗率甚至更高。因此，亚马逊云服务 (AWS)、谷歌云和微软 Azure等超大规模云服务提供商正在探索各种途径来获取更多电力并提高效率。
例如，微软正在大力宣传高温超导体（HTS）作为铜线替代品的潜在优势。该公司表示，高温超导体可以通过减少传输损耗来提高能源效率，增强电网的韧性，并通过减少电力传输所需的空间来限制数据中心对社区的影响。
微软全球基础设施总经理阿拉斯泰尔·斯皮尔斯在一篇博客文章中写道：“由于超导体占用空间较小，却能传输大量电力，因此它们可以帮助我们构建更清洁、更紧凑的系统。”
超导体革新电力效率
铜是良好的导体，但电流在导线中流动时会遇到电阻。这会产生热量，降低效率，并限制电流的传输。高温超导（HTS）在很大程度上消除了这种电阻因素，因为它由超导材料制成，并冷却到极低温。（尽管名称中带有“高温”二字，但高温超导体仍然需要极低的温度——尽管比传统超导体所需的温度要高得多。）
人工智能数据中心正在颠覆全球电力生产格局。现有电网的电力容量远远无法满足正在建设的数据中心所需的能源量。传统的输配电网络效率低下，无法充分利用所有可用电力。据美国能源信息署 (EIA) 的数据，输配电网络的年平均损耗约为 5%。在世界其他一些地区，这一损耗率甚至更高。因此，亚马逊云服务 (AWS)、谷歌云和微软 Azure等超大规模云服务提供商正在探索各种途径来获取更多电力并提高效率。
例如，微软正在大力宣传高温超导体（HTS）作为铜线替代品的潜在优势。该公司表示，高温超导体可以通过减少传输损耗来提高能源效率，增强电网的韧性，并通过减少电力传输所需的空间来限制数据中心对社区的影响。
微软全球基础设施总经理阿拉斯泰尔·斯皮尔斯在一篇博客文章中写道：“由于超导体占用空间较小，却能传输大量电力，因此它们可以帮助我们构建更清洁、更紧凑的系统。”
超导体革新电力效率
铜是良好的导体，但电流在导线中流动时会遇到电阻。这会产生热量，降低效率，并限制电流的传输。高温超导（HTS）在很大程度上消除了这种电阻因素，因为它由超导材料制成，并冷却到极低温。（尽管名称中带有“高温”二字，但高温超导体仍然需要极低的温度——尽管比传统超导体所需的温度要高得多。）
这种新型电缆比铜线更细更轻，传输电流时不会降低电压，也不会产生热量。这完美契合了人工智能数据中心的需求，它们需要在有限的空间内承载巨大的电力负荷。此外，所需的变电站数量也会减少。据斯皮尔斯称，下一代超导输电线路在相同电压等级下提供的容量比传统线路高出一个数量级。
微软正与合作伙伴共同推进这项技术的发展，其中包括向超导电力技术开发商Veir投资7500万美元。Veir的导体采用高温超导（HTS）带材，这种带材最常用的是一种名为稀土钡铜氧化物（REBCO）的材料。REBCO是一种陶瓷超导层，以薄膜的形式沉积在金属基板上，然后加工成坚固耐用的导体，最终可组装成电力电缆。
Veir 的首席执行官兼联合创始人Tim Heidel表示：“与铜或铝的主要区别在于，在工作温度下，超导层几乎没有电阻即可承载电流，从而能够在更紧凑的外形尺寸中实现非常高的电流密度。”
数据中心液氮冷却
高温超导（HTS）电缆仍需在低温环境下运行，因此必须将冷却系统集成到供电系统设计中。Veir公司采用闭环液氮系统来维持较低的工作温度：液氮在电缆内循环，从远端流出，再次冷却后，再循环回到起点。
海德尔表示：“液氮是一种储量丰富、成本低廉且安全的材料，被大规模应用于众多关键的商业和工业领域。我们正在借鉴其他行业中已验证的液氮使用经验和标准，设计出稳定可靠的数据中心解决方案，以满足连续运行的需求，并配备符合关键基础设施要求而非实验室条件的监控和控制系统。”
高温超导（HTS）电缆的冷却可以在数据中心内部进行，也可以在外部进行。海德堡倾向于后者，因为这样可以最大限度地减少室内空间占用和运行复杂性。液氮管线被输送到设施内部，为超导体提供冷却。这些管线将电力输送到需要的地方，冷却系统的管理方式与其他设施子系统相同。
稀土材料、冷却回路、低温环境——所有这些都会显著增加成本。因此，高温超导技术在绝大多数应用中无法取代铜。海德尔表示，在电力传输受到空间、重量、电压降和散热限制的情况下，高温超导技术的经济优势最为显著。
海德尔表示：“在这些情况下，其价值体现在系统层面：更小的体积、更低的电阻损耗以及更灵活的电源布线方式。随着技术的规模化发展，通过提高高温超导薄膜的产量和良率，以及周边系统硬件、安装规范和操作手册的标准化，降低设计复杂性和部署风险，成本有望得到改善。”
人工智能数据中心正成为这种方法的理想试验场。超大规模数据中心运营商愿意投资开发更高效的系统。他们可以权衡研发投入与广泛提供人工智能服务可能带来的收入。
微软系统技术总监胡萨姆·阿利萨表示：“高温超导制造技术已经成熟，尤其是在卷带方面，这提高了成本效益和供应稳定性。我们目前的重点是与合作伙伴一起验证这项技术并降低其风险，重点关注系统设计和集成。”
https://spectrum.ieee.org/ai-data-centers-hts-superconductors
（来源：编译自IEEE）
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