ХИЙМЭЛ ОЮУН УХААНЫ ЦАХИЛГААНЫ ХЯМРАЛ БА ЭРЧИМ ХҮЧНИЙ ҮЛ ҮЗЭГДЭХ СААД ⚡

Өвлийн хүйтэн шөнө тог тасрах үед юу болдгийг монголчууд бид маш сайн мэднэ. Эрэлт нь нийлүүлэлтээ давахад, эсвэл түгээх шугам нь ачааллаа дийлэхээ болиход бүх зүйл зогсдог шүү дээ. Тэгвэл яг одоо, шөнийн 3 цагт Америкийн Виржиниа муж дахь асар том мэдээллийн төвд хэдэн зуун мянган хиймэл оюун ухааны чипүүд яг ийм физикийн хязгаартай нүүр тулж байна ⚡. Хүн төрөлхтний түүхэн дэх хамгийн ухаалаг, хамгийн хүчирхэг машинууд маань 1890-ээд онд зохиогдсон хуучны цахилгаан сүлжээний архитектур дээр ажиллаж байгаа нь өнөөдрийн хамгийн том хямралыг дагуулж байна.

Ердөө ганцхан ширхэг шинэ үеийн NVIDIA Vera Rubin чип л гэхэд 2300 орчим ватт эрчим хүчийг тасралтгүй сорж байна. Энэ бол бидний өдөр тутамдаа ус буцалгадаг хоёр том цахилгаан данхыг зэрэг залгаад тасралтгүй ажиллуулахтай тэнцэх хэмжээний ачаалал юм. Өнөөдөр хиймэл оюун ухааны нэг сервер бүхий тавиур буюу өлгүүр нь дунджаар 20 айлын өрхийн хэрэглээтэй тэнцэх хэмжээний гүйдлийг шаардаж байна. Хэрэв бид гигаватт түвшний асар том мэдээллийн төв байгууллаа гэж бодоход, тэндээс ойролцоогоор 300 мегаватт нь зүгээр л дулаан болон алдагдаж агаарт замхардаг байна 🔥. Энэхүү алдагдаж буй 300 мегаватт бол Улаанбаатар хотын бүхэл бүтэн нэг том дүүргийн оройн оргил цагийн цахилгааны хэрэглээг бүрэн хангах хэмжээний эрчим хүч юм. Олон хүмүүс хиймэл оюун ухааны дараагийн том саад бэрхшээлийг тооцооллын чип дутагдах, эсвэл санах ойн багтаамж хүрэлцэхгүй байх явдал гэж боддог. Гэвч жинхэнэ үл үзэгдэх саад бол эрчим хүчийг үйлдвэрлэхдээ биш, харин тэрхүү эрчим хүчийг цахилгаан станцаас гараад микрочип хүртэлх урт замд хэрхэн үр ашигтай, алдагдалгүй дамжуулах вэ гэдэгт оршиж байна 🔌. Энэхүү үл үзэгдэх тулаан нь зөвхөн цахилгаан станцаас мэдээллийн төв хүртэлх урт замд төдийгүй, GPU чипний өөрийнх нь гадаргуу дээрх сүүлчийн хэдхэн сантиметрт ч хүртэл болж буй.

Хөрөнгө оруулагч бидний хувьд энэ сэдэв яагаад тийм чухал вэ гэж үү? Хиймэл оюун ухааны дэд бүтцийн бүтээн байгуулалт бол яг одоо дэлхий даяар өрнөж буй хамгийн тодорхой, олон жил үргэлжлэх хөрөнгийн мөчлөг юм. Гэвч ихэнх хүмүүс зөвхөн программ хангамж эсвэл алдартай хэдхэн чипний компанийг л харж байна. Interactive Brokers, Голомт Секьюритиз зэрэг аппликэйшнээр дамжуулан Америкийн хөрөнгийн биржид чөлөөтэй нэвтэрч буй монгол хөрөнгө оруулагчдад мэдээллийн гарчгийн цаана үл үзэгдэх энэхүү аварга том шилжилтээс ашиг хүртэх ховорхон боломж нээгдэж байгаа тул Мөлжүүртэй Булангийн зүгээс энэхүү нарийн төвөгтэй сэдвийг хамгийн энгийнээр, бас хөрөнгө оруулалтын шийдвэр гаргахад хэрэгцээтэй байдлаар буулгахыг зорьлоо 💰. Энэхүү гайхалтай аяллын түүхийг ойлгохын тулд бид хамгийн түрүүнд физикийн тэг цэгээс эхлэх шаардлагатай болно.

Цахилгааны физик: Тэг цэгээс эхлэн тайлбарлах нь

Энэ бүхнийг жинхэнэ утгаар нь ойлгохын тулд бид ахлах сургуулийн физикийн хичээлээс хойш огт бодож үзээгүй байж болох цахилгааны үндсэн ойлголтууд руу буцах хэрэгтэй. Цахилгаан гүйдэл гэдгийг хамгийн энгийнээр тайлбарлахын тулд ус дамжуулах хоолойтой зүйрлэж болно 🌊. Цахилгаан бол үндсэндээ электронуудын урсгал юм. Усны хоолойд ус ямар хүчтэй шахагдаж байгааг илтгэх даралтыг voltage (хүчдэл) гэж нэрлэх бөгөөд үүнийг вольтоор хэмждэг. Харин тэрхүү хоолойгоор нэг секундэд хэдий хэмжээний ус урсан өнгөрч байгааг буюу урсгалын хурдыг current (гүйдэл) гэнэ. Гүйдлийг ампер гэдэг нэгжээр хэмждэг. Ус урсаж байх үед хоолойн хананд үүсэх үрэлт буюу электронуудын хөдөлгөөнийг саатуулж, тэдний энергийг дулаан болгон хувиргаж байдаг саадыг resistance (эсэргүүцэл) гэх бөгөөд үүнийг омоор хэмждэг.

Эндээс хамгийн чухал хоёр хамаарал гарч ирнэ. Нийт хүчин чадал буюу power нь хүчдэлийг гүйдлээр үржүүлсэнтэй тэнцүү байдаг бөгөөд физикт үүнийг P = V * I гэж томьёолдог. Мөн утсаар гүйдэл гүйх үед үүсэх эрчим хүчний дулааны алдагдал нь гүйдлийн квадратыг эсэргүүцлээр үржүүлсэнтэй буюу I^2 R хэмжигдэхүүнтэй ойролцоо байдаг. Энэ нь энгийн үгээр тайлбарлавал, хэрэв та гүйдлээ хоёр дахин нэмэгдүүлбэл таны алдагдах дулаан дөрөв дахин өснө гэсэн үг юм. Харин хүчдэлээ 10 дахин нэмэгдүүлээд, гүйдлээ 10 дахин багасгавал таны системээс алдагдах дулаан шууд 100 дахин буурна. Энэхүү ганцхан физикийн хууль нь өнөөдрийн дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний сүлжээ яагаад яг одоогийнх шигээ загварчлагдсаны хамгийн том шалтгаан юм. Хэрэв бид алс хол байрлах цахилгаан станцаас эрчим хүчийг хот руу дамжуулахдаа бага хүчдэлээр, өндөр гүйдэлтэй явуулбал тэр их эрчим хүч замдаа зүгээр л утас халаах дулаан болоод замхарч алга болно.

Цахилгаан эрчим хүч нь хоёр үндсэн хэлбэртэй. Нэг нь AC буюу alternating current (солигддог гүйдэл), нөгөө нь DC буюу direct current (шууд гүйдэл). DC буюу шууд гүйдэл нь батерей шиг маш энгийн бөгөөд электронууд зөвхөн нэг чиглэлд тогтвортой жигд урсдаг. Таны гар утас, нөүтбүүк, мөн мэдээллийн төв доторх бүх микрочипүүд зөвхөн тогтвортой шууд гүйдлээр буюу DC-ээр ажилладаг. Харин AC буюу солигддог гүйдэл бол өөр. Гүйдлийн чиглэл нь секундэд тодорхой давтамжтайгаар нааш цааш тасралтгүй солигдож байдаг бөгөөд энэ нь синус хэлбэрийн долгион үүсгэдэг. Америкт энэ солигдолт нь секундэд 60 удаа буюу 60 Hz байдаг бол Монгол болон Евразийн ихэнх орнуудад секундэд 50 удаа буюу 50 Hz солигддог. Монгол улс өөрсдийн цахилгаан эрчим хүчний багагүй хувийг ОХУ болон Хятадаас импортолдог бөгөөд хуучирсан түгээх сүлжээнээс үүдэлтэй хүчдэлийн уналт, өвлийн оргил ачааллын үеийн хязгаарлалт зэрэг нь бидэнд энэхүү цахилгаан түгээлт гэдэг асуудал хэр зэрэг чухал болохыг бэлхнээ харуулдаг. Эхний харахад энэ тасралтгүй солигдох үйл явц нь дэмий төвөгтэй мэт санагдах боловч дэлхийн цахилгаан сүлжээ яагаад AC дээр тогтдогийг ойлгохын тулд бид түүх сөхөх хэрэгтэй.

Гүйдлийн дайн: 140 жилийн өмнөх түүхэн тэмцэл

Яагаад чипүүд тогтвортой DC гүйдэл шаарддаг байтал бидний эрчим хүчний сүлжээ бүхэлдээ AC гүйдэл дээр суурилсан байдаг вэ? Энэ асуултын хариултыг олохын тулд бид 140 жилийн өмнөх түүх рүү өнгийх хэрэгтэй болно. 1880-аад оны сүүлчээр Америкт алдарт Гүйдлийн дайн өрнөсөн түүхтэй. Никола Тесла болон Жорж Вестингхаус нар алс холын зайд цахилгааныг ямар ч саадгүй, асар бага алдагдалтайгаар түгээж болох гайхалтай алсын харааг санал болгосон бөгөөд тэдний энэ ирээдүйг бүтээх гол хөзөр нь AC буюу солигддог гүйдэл байлаа. Энэхүү шинэ технологийн эсрэг Томас Эдисон өөрийн DC буюу шууд гүйдлийг улайрч хамгаалан, AC гүйдлийг амьтанд цохиулж харуулах зэргээр харлуулахыг оролдсон ч эцсийн дүндээ Теслагийн зөв байж, Эдисон ялагдсан юм.

Теслагийн ялалтын нууц нь Майкл Фарадейн нээсэн цахилгаан соронзон индукцийн гайхамшигт үзэгдэл дээр суурилсан transformer (трансформатор) хэмээх төхөөрөмж байв. Үүнийг дотроо ямар ч хөдөлгөөнт эд анги байхгүй мөртлөө цахилгааныг хүссэн хэмжээгээрээ хувиргаж чаддаг шидэт хайрцаг гэж төсөөлж болно. Нэг талын ороомогт гүйж буй хувирамтгай гүйдэл нь нөгөө талын ороомогтоо соронзон орноор дамжуулан цоо шинэ хүчдэл үүсгэдэг энэхүү гоёмсог бөгөөд энгийн шийдэл нь маш өндөр үр ашигтай ажилладаг. Гол нь энэ индукцийн үзэгдэл явагдахын тулд тасралтгүй өөрчлөгдөх соронзон орон шаардлагатай бөгөөд зөвхөн AC гүйдэл л долгиолж хувирдаг тул трансформатортой хоршиж ажиллаж чадсан юм. DC гүйдэл тогтмол байсан тул энэ шидэт хайрцгийг ашиглах ямар ч боломжгүй байв. Энэхүү ганцхан төхөөрөмжийн ачаар хүмүүс хүчдэлийг алдагдалгүйгээр хэдэн зуун мянган вольт хүртэл өсгөж, маш нарийн утсаар алсын зайд цахилгаан дамжуулаад, буцаагаад хотод орж ирэх үед нь гэрт ашиглах аюулгүй хэмжээнд хүртэл буулгаж чаддаг болсон бөгөөд AC нь дэлхийн эрчим хүчний сүлжээний албан ёсны ялагч болж 140 жилийн турш хаанчилсан юм.

Цахилгаан таны гэрт хэрхэн хүрч ирдэг вэ?

Одоо цахилгаан эрчим хүч цахилгаан станцаас гараад таны гэрийн хананд байрлах залгуур хүртэл хэрхэн аялдаг замыг төсөөлцгөөе. Нүүрс шатаж, эсвэл усны эрчим хүчээр турбин эргэх үед үүссэн цахилгаан станцын энерги нь хамгийн түрүүнд трансформаторт хүрнэ. Дамжуулалтын үеийн дулааны алдагдлыг хамгийн бага байлгахын тулд трансформаторын тусламжтайгаар хүчдэлийг хэдэн зуун мянган вольт хүртэл өсгөж өндөр хүчдэлийн цамхагуудаар дамжуулан урт аялалд гаргадаг. Энэ асар өндөр хүчдэл хот руу ойртож ирэх үедээ дэд станцуудаар дамжин шат дараатайгаар буурсаар байдаг. Хамгийн сүүлд танай гудамж эсвэл байрны гадна байрлах жижиг трансформатороор дамжин хананы залгуурт ирэхдээ 220V AC буюу Монголын стандарт хүчдэл болон буурдаг. Америкт бол энэ нь 110V AC болж буурна. Энэхүү урт аяллын алхам бүр хэдэн арван трансформатор дээр тогтдог. Бидний орчин үеийн цахилгаан сүлжээ бол үнэн хэрэгтээ гайхалтай ухаалаг трансформаторуудын систем дээр л босож ирсэн аварга том соёл иргэншил юм 🏭.

Солигддог гүйдлийн (AC) нуугдмал сул талууд

Тэгвэл AC гүйдэл бүх зүйл дээр төгс үү гэвэл үгүй юм. AC гүйдэлд байгалийн физик хуулиас үүдэлтэй хоёр том нуугдмал сул тал байдаг. Эхнийх нь skin effect (гадаргуугийн эффект) юм. Үүнийг ойлгохын тулд найман эгнээтэй маш өргөн хурдны зам байна гэж төсөөлцгөөе. Гэтэл замын хөдөлгөөнд оролцож буй машинууд зөвхөн хамгийн гадна талын хоёр эгнээгээр л яваад дотор талын зургаан эгнээ огт хоосон, ашиглагдахгүй байна гээд бод доо. Маш зузаан зэс кабелиар AC гүйдэл гүйх үед яг энэ үзэгдэл гардаг. Гүйдэл нь кабелийн дотор хэсгээр биш, зөвхөн гаднах гадаргууг дагаж гүйдэг. Зэс утсан дотор 60 Hz давтамжтай AC гүйдэл гүйх үед гүйдэл гүйх гадаргуугийн гүн нь ердөө 8.5 миллиметр л байдаг тул маш зузаан цахилгаан дамжуулах кабелийн төв хэсэг нь үнэндээ ямар ч гүйдэл дамжуулдаггүй хөндий хоолой шиг л байдаг гэсэн үг юм. Та үнэтэй зэс худалдаж авсан мөртлөө талаас илүү хувийг нь зүгээр л дэмий ашиглахгүй үхмэл хөрөнгө болгож хаяж байна гэсэн үг.

Хоёр дахь сул тал нь dielectric loss (диэлектрикийн алдагдал) юм. AC гүйдэл нь секунд тутамд чиглэлээ өөрчилж байдаг тул кабелийн эргэн тойронд хувирамтгай цахилгаан орон үүсгэж, кабелийн гадуурх тусгаарлагч материал руу энергийг тасралтгүй нэвчүүлж дулаан болгож үрдэг. Энэ нь ил задгай агаарт татсан шугамд бага нөлөөлдөг ч, ялангуяа усан доогуур эсвэл газар доогуур явдаг зузаан тусгаарлагчтай кабелиудад маш том асуудал болдог бөгөөд үүнээс болж AC гүйдлийг усан доогуур маш хол зайд дамжуулах боломжгүй байдаг.

Тэгвэл DC буюу шууд гүйдэлд энэ хоёр асуудлын аль нь ч байхгүй. DC гүйдэл нь нэг л тогтмол чиглэлд урсдаг тул утасны бүх хөндлөн огтлолыг буюу найман эгнээ замыг бүгдийг нь 100 хувь бүрэн ашиглаж гүйдэг бөгөөд зөвхөн статик цахилгаан орон үүсгэдэг тул диэлектрикийн алдагдал бараг тэгтэй тэнцүү байдаг. Энэ утгаараа физикийн хувьд DC үргэлж давуу талтай байсан юм.

Шууд гүйдэл (DC) яагаад эргэн ирж байна вэ? Хагас дамжуулагчийн үүрэг

Хэрвээ DC гүйдэл цахилгаан дамжуулалтын хувьд ийм төгс давуу талтай байсан юм бол яагаад Эдисон анхнаасаа ялагдсан юм бэ? Учир нь DC гүйдэлд нэг маш том дутагдал байсан нь хүчдэлийг алдагдал багатайгаар өөрчлөх технологи тухайн үед байсангүй. AC гүйдлийн хувьд трансформатор энэ асуудлыг 1890 онд аль хэдийн энгийнээр шийдчихсэн байв. Харин DC гүйдлийн хүчдэлийг өөрчлөхийн тулд идэвхтэй цахилгаан электроник, өөрөөр хэлбэл DC дохиог маш өндөр хурдтайгаар тасалж, өөр хүчдэл дээр дахин угсардаг semiconductor (хагас дамжуулагч) шилжүүлэгч төхөөрөмжүүд шаардлагатай байлаа. 140 жилийн өмнө ийм нарийн технологи байтугай ойлголт ч байсангүй.

Харин энэ технологи нь цаг хугацааны явцад хэрхэн хувьсаж ирснийг харцгаая. 1950-иад оны үед анхны мөнгөн усны нуман хавхлагууд гарч ирсэн ч эдгээр нь бүхэл бүтэн барилгын хэмжээтэй асар том, маш үнэтэй, мөн маш бага ашигт үйлдлийн коэффициенттэй байв. Дараа нь 1970-аад онд тиристорууд гарч ирснээр анхны худалдааны өндөр хүчдэлийн шууд гүйдэл буюу HVDC систем бодит ажил хэрэг болж эхэлсэн. Улмаар 1997 онд IGBT дээр суурилсан VSC-HVDC хувиргагчид гарч ирснээр гүйдлийг хоёр чиглэлд удирдах боломжтой болж, усан доогуурх кабелийг жинхэнэ утгаар нь хөгжүүлэх боломж нээгдсэн юм.

Тэгвэл 2020-иод он буюу өнөөдөр юу болж байна вэ? Бид silicon carbide буюу SiC болон gallium nitride буюу GaN хэмээх цоо шинэ үеийн хүчирхэг хагас дамжуулагчдын эрин үед амьдарч байна. SiC болон GaN гэдэг нь уламжлалт цахиурын оронд ашиглагдаж буй шинэ үеийн нийлмэл материалууд бөгөөд эдгээр нь хамаагүй өндөр хүчдэлийг дааж, маш өндөр хурдтайгаар тасралтгүй ажиллахын сацуу шилжилт хийх үеийн дулааны алдагдлыг эрс бууруулж чаддаг давуу талтай. Эдгээр хагас дамжуулагчид нь асар том хэмжээний хувиргагч станцуудыг хамаагүй жижиг, илүү авсаархан, өндөр үр ашигтай болгож өгсөн.

Эндээс бид нэг гол мессежийг ойлгох ёстой: Физикийн хууль огт өөрчлөгдөөгүй. Харин хагас дамжуулагчид л өөрчлөгдөж, хөгжсөн юм. Тийм ч учраас DC гүйдэл 140 жилийн дараа эргэн ирж, технологийн салбарт ялалт байгуулж эхэлж байна.

Хиймэл оюун ухааны эрчим хүчний хямрал

Одоо энэ бүхэн өнөөдрийн хиймэл оюун ухааны хувьсгалтай хэрхэн холбогдож байгааг бодит тоонуудаар харцгаая. Хэдхэн жилийн өмнө гарч байсан NVIDIA H100 чип 700W орчим эрчим хүч зарцуулдаг байв. Энэ нь тухайн үедээ маш өндөр тоо байлаа. Харин дараагийн үе болох Blackwell B200 чип 1000W-ын босгыг аль хэдийн давсан. Цаашлаад одоо яригдаж буй Vera Rubin чипүүд нэг ширхэг нь л гэхэд дунджаар 2300W эрчим хүч шаардана гэсэн мэдээлэл байна.

Тавиурын буюу нэг rack-ийн түвшинд харвал байдал бүр ч цочирдом болно. Уламжлалт мэдээллийн төвийн серверүүд нэг тавиуртаа ердөө 5–10 kW эрчим хүч ашигладаг байв. Гэтэл өнөөдрийн Blackwell AI тавиурууд болох GB200 эсвэл GB300 NVL72 нь ойролцоогоор 120 kW хүрч байна. Тэгвэл NVIDIA-ийн 2027 онд гаргахыг зорьж буй Kyber тавиур ойролцоогоор 600 kW хүчин чадалтай байх бөгөөд цаашдаа бүр 1 MW буюу нэг мегаватт руу тэлэхээр загварчлагджээ. Үүнийг дэмжихийн тулд NVIDIA компани 2027 оноос эхлэн мегаватт түвшний тавиуруудад зориулан 800V DC эрчим хүчний дэд бүтцийн замын зургаа албан ёсоор танилцуулаад байна.

Энд нэг маш чухал бөгөөд нуугдмал асуудал байна. NVIDIA-ийн өөрсдийнх нь хийсэн шинжилгээгээр, цахилгаан эрчим хүч сүлжээнээс дата төвд орж ирээд GPU чип хүртэлх замд хэд хэдэн удаа хувиргалт хийгдэх явцад болон хөргөлтийн системд нийт эрчим хүчний 30 орчим хувь нь алдагдаж дулаан болон сарнидаг болохыг тогтоожээ. Энэ бол эдийн засгийн хувьд байж боломжгүй асар их үрэлгэн байдал билээ.

Яагаад 48V физикийн хана мөргөж байна вэ?

2010 онд Google компани мэдээллийн төвийн тавиур доторх түгээлтийн хүчдэлийг 12V байсныг 48V болгон өсгөх маш том шинэчлэл хийсэн юм. Өнгөрсөн арван жилийн турш энэхүү 48V систем нь салбарын гол стандарт болж ирсэн. Хүчдэлийг ингэж дөрөв дахин өсгөснөөр гүйдэл эрс багасаж, дулааны алдагдал буурсан.

Гэвч өнөөдрийн 1 MW хүчин чадалтай хиймэл оюун ухааны серверийн тавиур дээр энэхүү 48V системийн тооцоог хийгээд үзье. P = V * I$ томьёогоор 1,000,000 Ватт = 48V × I буюу танд ойролцоогоор 20,800 ампер гүйдэл шаардлагатай болно. Энэ бол 200 ширхэг айлын өрхийн хэрэглээний гүйдэлтэй тэнцэх хэмжээний асар их гүйдэл бөгөөд энэ бүхэн ердөө ганцхан серверийн тавиур дотор урсана гээд төсөөлөөрэй.

NVIDIA-ийн тооцоолсноор 1 MW хүчин чадалтай 48V системтэй тавиурт зөвхөн гүйдэл дамжуулах зэс шинийн жин нь л гэхэд ойролцоогоор 200 кг шаардагдах гэнэ. Энэ нь дунджаар гурван том насанд хүрсэн эрэгтэй хүний жинтэй тэнцэнэ. Хэрэв үүнийг 1 GW хэмжээний бүрэн мэдээллийн төвийн хэмжээнд үржүүлж тооцвол ердөө тавиур доторх зэс шин нь л гэхэд 200 ТОНН зэс шаардах болно. Энэ цэгээс эхлээд зүгээр л улам зузаан зэс кабель ашиглах нь асуудлын шийдэл байхаа больж, физикийн болон эдийн засгийн хувьд бүрэн гацсан байна.

Яагаад 800V гэж, мөн нийлүүлэлтийн сүлжээний өв

Энэ бүх физикийн саад бэрхшээлийн хариуд салбарынхан бүгд нэгэн дуугаар 800V рүү шилжих шийдэлд хүрчээ. Гэхдээ энд нэг маш сонирхолтой асуулт гарч ирнэ: Яагаад заавал 800V гэж? 1000V эсвэл 600V биш яагаад заавал 800V сонгов?

Үүний хариулт нь цэвэр инженерчлэлийн шийдэл биш байлаа. Хариулт нь маш энгийн бөгөөд ухаалаг: Нийлүүлэлтийн сүлжээ өөрөө үүнийг сонгосон юм. 2019 онд Porsche компани Taycan загварын цахилгаан автомашинаа 800V архитектур дээр танилцуулснаас хойш бүхий л цахилгаан машины салбар буюу EVs энэ хүчдэл рүү хошуурсан. Hyundai-Kia E-GMP, Lucid, Tesla Cybertruck/Semi, Mercedes, BMW болон Хятадын тэргүүлэгч үйлдвэрлэгчид болох BYD, Xpeng, Zeekr, Li Auto, NIO, Xiaomi зэрэг компаниуд 800V-ын бүхэл бүтэн асар том экосистемийг бий болгосон юм. Энэ хугацаанд тэд 1200V SiC MOSFET, 650V GaN FET, өндөр хүчдэлийн холбогчууд, давхарласан зэс шин, тусгай хамгаалалттай кабель, хатуу төлөвт контактор зэрэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийлүүлэлтийн сүлжээг төгс хөгжүүлж, масс үйлдвэрлэлд нэвтрүүлж чадсан байна.

Хиймэл оюун ухааны мэдээллийн төвүүд одоо зүгээр л бэлэн болсон энэхүү EV-ийн нийлүүлэлтийн сүлжээн дээр хоёр дахь том эрэлтийн давлагаа нь болон орж ирж байна. Энэ нь хоёр талдаа маш ашигтай нөхцөл байдлыг бий болгожээ: Hyperscaler буюу том мэдээллийн төв эрхлэгчид бэлэн хөгжсөн найдвартай нийлүүлэлтийн сүлжээг ашиглаж асар их цаг, хөрөнгө хэмнэх бол, эрчим хүчний хагас дамжуулагч үйлдвэрлэгчдийн хувьд цахилгаан машины өсөлт бага зэрэг саарч буй энэ үед AI мэдээллийн төвүүд гэсэн цоо шинэ эрэлтийн уурхайтай золгож байна.

Нэг зам дээрх хоёр өөр архитектур

Бүгд 800V гэсэн нэг чиглэл рүү явж байгаа хэдий ч технологийн акулууд хоёр өөр замаар алхаж эхлээд байна:

NVIDIA-ийн барилгын түвшний шийдэл: Энэ нь барилга руу орж ирж буй дунд хүчдэлийн AC гүйдлийг шууд барилгын зааг дээр 800V DC болгон хувиргаад, барилга доторх бүх түгээлтийг DC буюу шууд гүйдлээр хийх арга юм. Тэд үүний үр дүнд ашигт үйлдлийг 5 хувиар нэмэгдүүлж, зэсийн хэрэглээг 45 хувиар бууруулж, засвар үйлчилгээг 70 хувиар хэмнэн, нийт өртгийг (TCO) 30 хувиар бууруулна гэж мэдэгдэж байна. Энэхүү архитектур нь 2027 оны Kyber болон Vera Rubin Ultra үеийн системүүдийн хөгжүүлэлтийн хуваарьтай цаг хугацааны хувьд яг давхцаж байгаа юм.

OCP-ийн Mt. Diablo / Diablo 400 шийдэл: Microsoft, Meta, Google зэрэг компаниудын нэгдсэн энэхүү бүлэг арай өөр арга барил барьж байна. Тэд барилгын одоогийн 480V AC түгээлтийн системийг хэвээр үлдээгээд, харин серверийн тавиуруудын хажууд нэмэлт туслах тавиур (sidecar rack) байрлуулж, тэндээ DC гүйдэл болгон хувиргах шийдэл санал болгож байна. Энэ нь барилгын үндсэн цахилгаан дэд бүтцийг тэр чигт нь өөрчлөх шаардлагагүй тул хэрэгжүүлэхэд хамаагүй хурдан бөгөөд хямд тусна. Тэд энэ шийдлээ аль хэдийн 2025–2026 онуудад эхнээсээ нэвтрүүлж эхлээд байна.

Ирэх 2026 болон 2027 онуудад шинээр баригдах мэдээллийн төвүүдэд энэ хоёр технологийн холимог буюу hybrid хувилбарууд илүү түгээмэл ашиглагдах болно.

Сүүлчийн хэдхэн сантиметр: Хамгийн халуун тулааны талбар

800V хүчдэл мэдээллийн төвийн тавиурт хүрч ирсэн ч цахилгаан чипэнд хараахан хүрээгүй байна. GPU чип өөрөө 1V-оос бага хүчдэл шаарддаг. 800V-оос 0.8V хүртэл буурах энэ урт аяллын төгсгөлд ердөө хэдхэн сантиметр зай үлддэг ч яг энэ цэгт хиймэл оюун ухааны эрчим хүчний хамгийн халуун тулаан 🔬 өрнөж байна.

Шингэн хөргөлттэй Blackwell B200 GPU чип 1200W дээр 0.8V хүчдэл ашиглах үед хэдхэн сантиметр урттай богинохон зайд ойролцоогоор 1500 ампер гүйдэл гүйх шаардлагатай болно. Харин 2300W хүчин чадалтай Vera Rubin чип үүнийг ойролцоогоор 2875 ампер хүртэл өсгөх болно. Энэ бол зүгээр нэг тогтвортой гүйдэл биш. AI тооцооллын блокууд микросекундийн дотор зэрэг ажиллаж эхлэх үед гүйдэл хэдэн зуун амперээр гэнэт савлаж байдаг ⚡. Хэрэв чипний хавтан дээрх хүчдэл ердөө хэдхэн милливольт савлахад л чипний ажиллагаа удааширч, тогтворгүй болж эхэлнэ.

Энд маш хатуу физикийн гажилт (парадокс) гарч ирдэг. Чипний хүчдэл хуучны Pentium 4 үеийн 1.5V-оос буурсаар Hopper үед 1.0V, одоо Blackwell үед 0.8V болж буурч байхад нийт шаардах хүчин чадал нь тасралтгүй өссөөр байна. Үүний үр дүнд гүйдэл асар ихээр нэмэгдэж, $I^2 R$ дулааны алдагдал бүр ч хурдтайгаар буюу ижил ватттай үед хуучин Pentium 4 үеэс даруй 3.5 дахин хурдтайгаар өсөж байна. Иймээс бүхэл бүтэн салбар яг одоо “Энэхүү асар их гүйдэл урсан өнгөрөх сүүлчийн замыг хэрхэн хамгийн богино болгох вэ?” гэсэн ганцхан асуултын хариуг хайж байна.

Өнгөрсөн 25 жилийн турш серверийн хавтангууд нэг л энгийн дүрмээр явж ирсэн. Эхлээд 48V-ийг 12V руу буулгаж, дараа нь олон фазтай VRM (хүчдэл тохируулагч модуль) ашиглан чипний яг хажууд 0.8V руу буулгадаг байлаа. Pentium III үеэс эхлээд өнөөдрийн Blackwell хүртэл энэхүү VRM хэлхээний зохицуулах ёстой гүйдэл даруй 60 дахин өссөн бол Rubin гарахад энэ нь 115 дахин өсөх болно. 25 жил ажилласан хуучны хэлхээний архитектур одоо физикийн хязгаартаа тулж ирээд байна. Үүнийг шийдэхийн тулд салбарынхан дараах дөрвөн өөр замыг санал болгоод байна :

1-р зам: Уламжлалт арга

Энэ бол 48V-оос 12V руу, тэгээд VRM-ээр дамжин 0.8V хүрэх дарааллаар явдаг одоогийн түгээмэл архитектур юм. Нийлүүлэлтийн сүлжээ нь маш сайн хөгжсөн бөгөөд Monolithic Power Systems ($MPWR), Renesas, Analog Devices ($ADI) зэрэг компаниуд энэ зах зээлд ноёлдог. Энэхүү шийдэл нь GB200, GB300, HGX B200 зэрэг системүүдийн гол стандарт хэвээр байна.

2-р зам: Дундын хүчдэлийг бууруулах

Энэ зам нь 12V дээр зогсохын оронд илүү эрт 6V орчим хүртэл шууд буулгадаг. Texas Instruments ($TXN) энэхүү 800V-оос 6V руу, цаашлаад 1V-оос доош хувиргах архитектурыг амжилттай туршсан бол, Navitas ($NVTS) компани бүр 800V-оос шууд 6V руу 96.5 хувийн өндөр үр ашигтайгаар хувиргах GaN технологийн шийдлээ санал болгоод байна.

3-р зам: Босоо хүчдэл түгээлт (VPD)

Хүчдэлийн модулийг чипний хажууд биш, шууд доор нь байрлуулах шийдэл юм. Цахилгаан гүйдлийг хавтан дээгүүр чирж авчрахын оронд доороос нь шууд босоо чиглэлд түлхэж өгнө. Ингэснээр гүйдэл гүйх зам маш богино болж, алдагдал буурдаг. Infineon болон Delta Electronics компаниудын хоршил Blackwell-ийн эхний үйлдвэрлэлд энэхүү шийдлээрээ давамгайлж чадсан. Харин Vicor ($VICR) бол энэхүү санааг анх гаргаж ирсэн патентын эзэмшигч юм.

4-р зам: VRM шатыг бүрэн устгах

Хамгийн радикал шийдэл бөгөөд сүүлчийн VRM шатыг бүрэн алгасаж 48V эсвэл бүр 800V-оос шууд 1V хүрэхгүй бага хүчдэл рүү цөөн шатлалаар буулгах арга юм. Power Integrations ($POWI) болон Принстоны их сургуулийн судлаачид энэ чиглэлд анхдагч туршилтуудаа хийж байгаа ч одоогоор туршилтын шатанд байна.

NVIDIA компани Kyber үеийн 800V DC архитектуртаа зориулан 14 өөр түншийг (ADI, AOSL, EPC, Infineon, Innoscience, MPS, Navitas, onsemi, Power Integrations, Renesas, Richtek, ROHM, STMicroelectronics, TI) албан ёсоор зарласан. Тэд ганц нийлүүлэгчээс хамааралтай байхыг хүсэхгүй байгаа ч, бодит байдал дээр нэг чипний үе гарах бүрд аль нэг компани үнэмлэхүй давамгайлсаар байна. Жишээлбэл, MPS компани Rubin үеийн VRM үүрэнд ойролцоогоор 70 хувийн 점тэй байх хүлээлттэй байгаа бөгөөд үнэ нь (ASP) өмнөх үеэсээ бараг 60 хувиар өндөр байх тооцоо гарчээ.

Эндээс нэг сонирхолтой дүр зураг 🎭 харагдана: гурван чипний үе дараалан ялагчид нь солигдож байна. Blackwell дээр Infineon болон Delta хоршил ялсан бол, GB300 дээр MPS-ээс даруй 70 дахин жижиг AOSL компани гэнэт ялагчаар тодорсон. Харин одоо Rubin дээр MPS компани дахин үнэмлэхүй үнэ тогтоох эрхтэйгээр эргэн ирж байна.

Хөрөнгө оруулагчийн зөв асуулт

Энэ бүх технологийн өрсөлдөөн дунд хөрөнгө оруулагч бид зөвхөн аль компани нь хамгийн сайн GaN эсвэл SiC хийдэг вэ гэж асуух нь хангалтгүй юм. Харин илүү оновчтой бөгөөд бодит асуултууд бол: Тухайн компани хүчдэлийн яг аль шатыг бүрэн хянаж байна вэ? Аль GPU чипний үе дээр тэдний загвар батлагдсан бэ? Тэд зүгээр л нэг эд анги нийлүүлэгч үү, эсвэл NVIDIA-ийн үндсэн стандарт тогтоох үйл явцад ойрхон байна уу? Технологийн давуу талаа тэд нийлүүлэлтийн хурд, үйлдвэрлэлийн хүчин чадал болгон бодитоор хувиргаж чадаж байна уу? Эдгээр асуултын шүүлтүүрээр бид дараах хувьцаануудыг сонгосон болно.

TAM буюу нийт зах зээлийн багтаамж ба хөрөнгө оруулалтын боломж

Энэ салбарт ямар хэмжээний хөрөнгө эргэлдэх гэж байна вэ? Бидний өмнө нээгдэж буй ашиг олох боломж үнэхээр асар том байна.

Дэлхийн дата төвийн CapEx (Capital expenditure буюу хөрөнгө оруулалтын зардал) маш хурдацтай өсөж байгаа бөгөөд 2029 он гэхэд 1 их наяд доллароос давж, 2030 он гэхэд бүр 1.7 их наяд доллар хүрэх төлөвтэй байгааг Dell’Oro групп болон бусад тэргүүлэх судалгааны байгууллагуудын тайланд тодотгожээ.

Үүнээс зөвхөн хиймэл оюун ухааны дата төвийн цахилгаан эрчим хүчний дэд бүтцийн зах зээл буюу бидний ярьж буй эрчим хүчний хагас дамжуулагч, UPS (Uninterruptible power supply буюу үл тасалдах тэжээлийн систем), PDU (Power distribution unit буюу цахилгаан түгээх төхөөрөмж), шилжүүлэгч, давхарласан зэс шин, өндөр хүчдэлийн холбогч зэргийн TAM (Total addressable market буюу зах зээлийн нийт багтаамж) 2030 он гэхэд жилд 80 тэрбум долларын хэмжээтэй болж өсөхөөр байна. Энэхүү дэд бүтцийн зах зээл нь жилд дунджаар 15–25 хувийн CAGR (Compound annual growth rate буюу жилийн нийлмэл өсөлтийн хурд)-аар тогтвортой тэлэх төлөвтэй байна.

Харин эрчим хүчний хагас дамжуулагчдын буюу зөвхөн SiC (Silicon carbide буюу цахиурын карбид) болон GaN (Gallium nitride буюу галлийн нитрид) суурьтай чипний цэвэр зах зээл 2030 он гэхэд 14.4 тэрбум доллароос давна гэж Yole группын шинэчилсэн тайланд онцолсон байна. Хамгийн сонирхолтой нь, Morgan Stanley-ийн тооцоолсноор зөвхөн Kyber (Nvidia-ийн шинэ үеийн серверийн тавиур) дээрх эрчим хүчний шийдлийн үнэ цэнэ нь GB200 (Nvidia-ийн AI супер чип)-тэй харьцуулахад 10 дахин өсөх боломжтой байгаа нь энэ зах зээлийн асар хурдацтай тэлэлтийг нотолж байна.

Энэхүү асар хурдацтай өсөлтөөс хэн хамгийн их хожих вэ? Бид үүнд шууд хариулах үүднээс Америкийн хөрөнгийн бирж дээр нээлттэй арилжаалагддаг, 800V-ийн шилжилт болон дата төвийн эрчим хүчний дэд бүтцээс хамгийн өндөр хамааралтай, үйл ажиллагааны хөшүүрэг сайтай 8 шилдэг хувьцааг үнэ цэнийн хэлхээний дарааллын дагуу шүүж гаргалаа.

Хөрөнгө оруулалтын найман супер сонголт