800V HVDC는 서버 랙에 1MW를 공급할 수 있습니다.
엔비디아는 1MW 규모 이상의 서버 랙에 필요한 전력을 공급하기 위해 800V HVDC 아키텍처라는 새로운 전원 인프라를 개발하고 있으며, 이를 2027년까지 배치할 계획입니다. 엔비디아에 따르면, 현재 사용되는 54V DC 전력 분배 시스템은 서버 랙이 200킬로와트(kW)를 초과하면서 이미 그 한계에 다다르고 있습니다. AI 칩이 점점 강력해지고 전력 수요가 증가함에 따라, 기존 시스템으로는 더 이상 실질적으로 대응할 수 없게 되어, 데이터센터들은 전기 회로가 과부하되는 것을 막기 위한 새로운 솔루션 구축이 필수적입니다.
예를 들어, 엔비디아는 GB200 NVL72 또는 GB300 NVL72 구성을 위해서는 약 8개의 전력 쉘프(power shelf)가 필요하다고 언급했습니다. 만약 54V DC 전력 분배를 사용한다면, 전력 쉘프만으로도 64U의 랙 공간이 소요되는데, 이는 일반 서버 랙이 수용할 수 있는 공간을 초과합니다. 또한, 54V DC를 이용해 1MW를 공급하는 데는 200kg의 구리 버스바(copper busbar)가 필요합니다. 이는 현재 많은 기업들이 건설에 박차를 가하는 기가와트(gigawatt)급 AI 데이터센터가 무려 50만 톤의 구리를 요구한다는 의미입니다. 이는 2024년 미국의 총 구리 생산량의 거의 절반에 달하는 양이며, 단지 한 사이트만을 기준으로 한 수치입니다.
따라서 서버 캐비닛 내부에 직접 설치되는 54V DC 시스템 대신, 엔비디아는 현장 근처의 13.8kV AC 전원 공급 장치에 연결되는 800V HVDC를 사용할 것을 제안합니다. 이 방식은 서버 랙 내부 공간을 확보해 주는 것은 물론, 전원 공급 접근 방식을 간소화하고 데이터센터 내부의 전력 전송 효율성을 높입니다. 더 나아가, 기존 시스템에서 복잡성을 가중시키던 여러 AC-to-DC 및 DC-to-DC 변환 과정을 제거할 수 있습니다.
엔비디아가 지원하는 시험 결과, AI 데이터센터는 거의 실시간으로 전력 사용을 유연하게 조정할 수 있으며, 이는 에너지 소비 측면에서 광범위한 의미를 가집니다.
800V HVDC는 동일한 전력 부하에 대해 시스템 전류를 낮추어, 전도체 업그레이드가 필요함에도 불구하고 최대 85%까지 총 전력 공급량을 증가시킬 잠재력을 지니고 있습니다. 엔비디아는 "전류가 낮으면 더 얇은 전도체로 동일한 부하를 처리할 수 있어 구리 요구량을 45% 줄일 수 있습니다"라고 말했습니다. 또한 "DC 시스템은 표피 효과(skin effect)나 무효 전력 손실(reactive power losses)과 같은 AC 특유의 비효율성을 제거함으로써 효율성을 더욱 향상시킵니다."라고 덧붙였습니다.
디지타임즈(Digitimes) 보도에 따르면, 이 거대 AI 기업은 인피니언(Infineon), 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments), 나비타스(Navitas)와 협력하여 해당 시스템 개발을 지원하고 있습니다. 나아가 이들 업체는 강력한 AI 시스템이 요구하는 고전력 밀도를 달성하기 위해 질화갈륨(GaN) 및 탄화규소(SiC)와 같은 광대역 갭 반도체(wide-bandgap semiconductors)를 적용할 것으로 예상됩니다. 800V HVDC는 특히 데이터센터의 용량이 1GW를 넘어서면서 전력 효율성 관점에서 반드시 해결해야 할 기술적 과제입니다. 이 솔루션은 에너지 낭비되는 전력을 줄이는 데 기여하여, 궁극적으로 운영 비용 절감 효과를 가져올 것입니다.