AI 电力尖峰需求推动芯片到电网的设计变革
AI 数据中心的快速功率波动威胁电网稳定性，需要芯片制造商、运营商、公用事业公司和基础设施提供商协同制定从芯片到电网的策略。
AI 数据中心开发商和运营商不仅被迫面对设施耗电量的问题，还要应对电力需求激增和骤降的速度——这种波动会产生频率偏移，并可能波及整个电网。在近期于达拉斯举行的 Data Center World Power 大会（2026 年 9 月 21 日至 23 日）上，与会专家警告称，极端事件——例如 AI 用电量突然下降数百兆瓦——如果得不到缓解，可能引发大范围扰动。
现代电网的设计初衷是可靠性和稳定性。早晚用电高峰可以预测，这使电网运营商有时间启动额外发电机组，然后再逐步降低出力。一些提供额外电力的涡轮机可以在几分钟内同步并网，而另一些则需要 30 分钟甚至更长时间。这种节奏与 AI 工作负载不兼容，因为 AI 负载可能在数秒甚至数毫秒内激增和回落。与会专家强调，没有任何一家公司能够单独解决这一挑战；这需要芯片供应商、数据中心运营商、公用事业公司和基础设施提供商协同努力。
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Nvidia：管理机架级负载波动
Nvidia 首席电气设计工程师 Sai Somayajula 表示，Nvidia 不断上升的机架功率密度会产生上游影响。几年前，传统数据中心机架通常使用 5-10 kW。到了 Nvidia 的 H100 时代，这一数字攀升至每机架约 40 kW。Blackwell 级系统将其推高至约 150 kW，而 Vera Rubin 代际的目标是每机架约 240 kW。
“我们预计，当未来出现 800 伏直流配电时，每机架功率将达到 1 MW，”Somayajula 指出。“随着 AI 的发展并解决更复杂的任务，机架内的功率密度每一代都在增加。”
为了减轻快速负载波动的影响，Somayajula 表示 Nvidia 增加了机架级储能和控制装置，以平滑机架内的快速波动，并使交流输入保持在电网要求范围内。
据与会专家称，电网运营商越来越多地要求数据中心提供穿越性能——在短时电压扰动期间保持连接——并缓冲电网免受多变的 AI 工作负载影响。
今年早些时候，Nvidia 推出了其 DSX 架构，该架构结合了芯片、散热、系统和软件技术，以最大化 AI 工厂吞吐量。它包括高速遥测和高级分析，用于表征和缓解振荡，将未使用的功率余量分配给 GPU（图形处理器），并通过温水液冷降低冷却功耗。
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然而，Somayajula强调，Nvidia无法独自解决所有这些问题。“AI工作负载、机架密度和功率动态要求我们重新思考数据中心的传统设计方式，”他说。“这就是为什么我们与业界合作，公开分享信息，并从机架到电网进行协同设计，而不是各自为政。”
“AI工作负载、机架密度和功率动态要求我们重新思考数据中心的传统设计方式。”——Sai Somayajula，Nvidia首席电气设计工程师
Oracle位于Abilene的Stargate：为AI合理配置现场发电
Oracle Cloud核心基础设施工程架构师Rajesh Gopanath表示，其中一些理念正在Oracle位于德克萨斯州Abilene的AI设施中落地实施。他说，Oracle的Stargate数据中心园区已有60%至70%投入运营，规划园区规模达吉瓦级。由于算力需求增速超过电网建设速度，Oracle被迫将更多能源和发电专业知识引入内部。
“算力昨天就需要了，但基础设施因变电站、输电线路或电网不可用而延迟，”Gopanath说。“我们无法获得足够的涡轮机、往复式发动机或天然气。”
Gopanath认为，用少数几台200 MW涡轮机支撑一个1 GW园区会制造单点故障。更小的构建模块可以提高韧性，同时不会使运营变得难以管理。“也许30 MW会是一个不错的规模。但你必须找出每栋数据中心建筑的最佳规模：‘我们应该建100 MW的建筑、300 MW的建筑，还是500 MW的建筑？’”他说。“我们必须找到最佳平衡点，确保可用性水平一直延伸到机架层面。”
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次同步振荡与穿越要求
Gopanath对次同步振荡发出了警告，这是指低于美国电网60 Hz运行频率的频率。如果这些振荡被AI数据中心的行为激发，可能引发机械共振，导致灾难性故障，包括涡轮机轴损坏。
“那种灾难性故障是可能发生的，所以我们必须确保它不会发生，”Gopanath说。“所有这些问题无法靠单一技术解决；你可能需要电容器、电池、不间断电源、低电压穿越、功率平滑和快速响应发电。”
三菱电机：从电网到芯片的分层可靠性方法
三菱电机电力产品公司电力系统工程部门负责人 David Roop 表示，支持 AI 工作负载需要在变电站和电网层面进行协同投资。成功取决于一种从芯片到电网的方法，该方法需考虑短期和长期储能、谐波性能、电能质量以及本地电网特性。
“通过理解公用事业需求、控制需求以及分层方法所需的架构标准，数据中心将在电网可靠性方面发挥更大的作用，从而实现更快的项目交付并降低项目风险，”Roop 表示。“新的指南、新的标准和新的合规标准正在引入，以便我们能够更快地应对不稳定性。”
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Drew Robb 已担任全职专业作家和编辑超过二十年。他目前为多家 IT 出版物自由撰稿。
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原文来源：Datacenter Knowledge
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