ABB電力保護方案瞄準超大規模資料中心電力需求

現代超大規模資料中心（Hyperscale Data Centers）需要靈活的架構，以提供具韌性、高能源效率的電力保護系統，這些系統需針對人工智慧（AI）工作負載的獨特需求量身打造，同時能夠適應各種伺服器密度和冷卻系統。由於AI所需的處理工作負載更高，資料中心的電力密度預計將呈指數級成長。

傳統資料中心通常以每機架10-20 kW的電力密度運作。2022年運行NVIDIA Hopper GPU的資料中心需要高達每機櫃50 kW的電力。

隨著先進的Blackwell GPU需求高達每機櫃150 kW，以及Rubin GPU預計在2026-2027年間上市所規劃的每機櫃高達600 kW的電力消耗，高密度電力供應現已成為必要條件。再加上AC電力供應、散熱設計和部署靈活性對於超大規模資料中心的建設至關重要，並且會對電網基礎設施產生重大影響。

ABB智慧能源電氣事業部協理Daniel James指出，超大規模資料中心營運所面臨的挑戰，將隨著AI伺服器機櫃的電力需求達到兆瓦（MW）級別，首先是超大規模業者和主機代管服務供應商所正在經歷的高功率需求也將交流電（AC）基礎設施推向其物理極限。

隨著電力負載持續增加，高電流導致的線纜熱損耗也隨之增加。全球AI團隊和伺服器供應鏈正與資料中心設計規劃專家密切合作，提供能夠應對這些挑戰同時優化能源使用的解決方案，而ABB目前正與NVIDIA合作開發下一代AI工作負載解決方案。

從交流電力到伺服器機櫃的直流電供應的技術挑戰

業界正面臨Blackwell工程挑戰，其需在考量將現階段的400 V AC輸入的同時，同時同步考量規劃採用800 V DC的設計以應對Rubin到來的電力需求。DC傳輸相較於AC具有優勢，包括較低的線路電阻、較少的損耗，沒有電抗的問題，因此具有更高的電力傳輸能力。

IT供應商和超大規模資料中心業者正積極開發從台電輸配線路到機櫃的400V、800V，甚至1,500V DC架構的電力系統，以驗證在高變動的AI工作負載下的效能表現。

在DC供電的資料中心廣泛應用之前，必須克服幾項技術障礙。最明顯的挑戰是電力元件重新設計。幾乎每個元件，無論從變壓器到斷路器，都必須為DC運作進行重新設計。這對變壓器、變電站、不斷電系統（UPS）、轉換器、調節器和其他電氣設備造成重大負擔。高壓直流電也帶來安全挑戰，需要特別注意安全和法規遵循，尤其是在較高電壓下，相較於交流電系統，故障管理要求更為嚴格。

從低壓到中壓（MV）等級的轉型，對於大型關鍵電力設施而言也是自然的演進，具有兩大主要優勢：提高可靠性並降低設施建設和營運成本。可靠性透過中壓設計得到提升，包括更大的受保護負載區塊、更少的開關設備數量，以及成熟的中壓系統操作實務。

HiPerGuard展現AI資料中心的新世代不斷電系統的標竿

AI工作負載（如 NVIDIA Blackwell系統下）會產生突發且不可預測的電力峰值，需要快速、具韌性的UPS系統和靈活的配電系統。隨著電力密度提高和可靠性要求增加，先進的UPS系統對於任務關鍵基礎設施至關重要。而ABB所 提供的 UPS 和電壓調節技術大幅度滿足這類水漲船高的需求。

HiPerGuard UPS系統是專為應對這些挑戰而設計。Daniel強調：「HiPerGuard提供市場上最高水準的效率。」HiPerGuard是從ABB紐西蘭創新中心所開發的尖端產品，是業界首創專為超大規模資料中心設計的靜態中壓UPS系統。

它採用創新的ZISC（Z阻抗隔離靜態轉換器）架構，無需循環儲能即可調節和過濾輸入電力。該系統為任務關鍵設施提供高達24 kV的持續可靠電力供應，並支援中壓架構，既節省能源和空間，又能實現快速、靈活的擴展。

AI基礎設施正呈指數級成長，電力保護系統必須在不中斷現有運作的情況下無縫接軌與持續擴展。HiPerGuard展示了模組化UPS架構的高效能優勢，其維持98%能源效率下，還同時提供N+1冗餘的設計，這相當於在15年使用壽命期間可減少1,245噸的碳排放的關鍵貢獻。

當AC壓驟降發生時，HiPerGuard在毫秒內可以迅速做出反應，指令輸入斷路器以維持穩定的電力可靠性。該系統整合智慧配電和監控平台，提供電力品質和耗電量的即時可視性的管理，這對於優化AI工作負載管理至關重要。

理想的HiPerGuard配置是採用20 MW區塊模組的設計，搭配N+1冗餘UPS系統設計，確保持續供電並內建備援。該產品的目標是瞄準資料中心客戶，這將包括AI超大規模資另中心營運業者和主機代管服務供應商。

目前指標性的合作案例，首推與美國Applied Data Center的合作案件，將HiPerGuard技術與前瞻性資料中心架構相結合，提供前所未有的可靠性、能源效率和可擴展性。

此外，HiPerGuard非常適合台灣的半導體晶圓廠和供應鏈，可取代機械式飛輪旋轉式電力備援系統（動態旋轉式不斷電系統，或稱DRUPS）。透過HiPerGuard提供穩定、高品質的電力，對於任何電力干擾都可能中斷精密製程，而造成數百萬元的損失風險的半導體產業至關重要。

HiPerGuard透過提供無與倫比的可靠性、效率和可擴展性，將可以確保台灣的半導體產業的高穩定電力供給，並保持高生產力。讓半導體製造受到嚴密的保護，HiPerGuard將扮演關鍵角色。