Las arquitecturas de alto voltaje remodelan el panorama de la distribución de energía en centros de datos

Las arquitecturas de energía de los centros de datos experimentan una transformación significativa

El panorama de la distribución de energía en los centros de datos está experimentando una profunda transformación, alejándose de las arquitecturas convencionales de 12V y 48V DC hacia sistemas de Corriente Continua de Alto Voltaje (HVDC) de 800V. Este cambio fundamental está impulsado principalmente por las crecientes demandas de energía de las cargas de trabajo de Inteligencia Artificial (IA), que los sistemas tradicionales de bajo voltaje ya no pueden soportar de manera eficiente. Entregar 600 kW a 48V, por ejemplo, requeriría 12,500 amperios de corriente, lo que implicaría un volumen impracticable de cableado y componentes de cobre. Los analistas señalan que una entrega de energía de 1MW a través de un sistema de 48V podría demandar más de 200 kg de cobre, lo que llevaría a un tamaño voluminoso y a pérdidas de energía sustanciales.

Líderes de la industria, incluido el gigante de chips de IA Nvidia, están a la vanguardia del desarrollo e implementación de esta nueva arquitectura HVDC de 800V. Se proyecta que esta transición reduzca los requisitos de cobre hasta en un 45%, disminuya significativamente las pérdidas de energía al eliminar múltiples conversiones de CA a CC y de CC a CC, y ofrezca un aumento de hasta cinco veces en la eficiencia energética general en comparación con los métodos de 48V existentes. El próximo diseño de rack Kyber de Nvidia ejemplifica este cambio arquitectónico, con el objetivo de soportar racks de TI de 1 MW y más, un nivel inalcanzable con los sistemas DC de 54V heredados.

Fundamentos tecnológicos y oportunidades de mercado

Esta migración más amplia hacia la arquitectura HVDC de 800V está creando oportunidades de crecimiento sustanciales en toda la red de distribución de energía, respaldadas por los avances en tecnologías clave:

• Transformadores de estado sólido (SST): Se pronostica que el mercado de SST crecerá a una Tasa de Crecimiento Anual Compuesto (CAGR) del 32% anual, pudiendo alcanzar casi mil millones de dólares para 2030. Los principales actores en este segmento incluyen a Eaton, GE Vernova, Schneider Electric y Siemens.
• Tecnología de supercondensadores híbridos (HSC): Desarrollados por empresas como Flex y Musashi Seimitsu, los HSC proporcionan un almacenamiento y liberación de energía rápidos, cruciales para gestionar las demandas de energía pico y garantizar un rendimiento estable a niveles de voltaje más altos en los racks de servidores de IA. El mercado global de supercondensadores se está expandiendo un 19% anual, con proyecciones de alcanzar los 9,600 millones de dólares para 2032.
• Chips semiconductores de nitruro de galio (GaN): Los chips GaN son integrales para los convertidores DC-DC de alta eficiencia, que reducen los 800V a los niveles apropiados para los procesadores de IA, lo que aumenta la densidad de potencia y restringe la huella de los centros de datos. Se anticipa que el mercado de dispositivos de potencia de GaN crecerá a un ritmo robusto del 49% anual, alcanzando los 4,400 millones de dólares para 2030. Los desarrolladores clave en este espacio incluyen a Infineon, Navitas, Renesas, ST Microelectronics e Innoscience.
• Semiconductores de carburo de silicio (SiC): Esenciales para aplicaciones de alta potencia y alto voltaje, los dispositivos SiC se están adoptando cada vez más en las etapas de bulk de los centros de datos. A pesar de una reciente sobreoferta en la producción de obleas de SiC que llevó a caídas de precios (por ejemplo, las obleas epitaxiales de SiC de 6 pulgadas cayeron un 25-33% en 2023), esto está acelerando paradójicamente la adopción de SiC en el mercado y expandiendo su potencial. Se proyecta que el tamaño del mercado global de dispositivos de potencia de SiC alcance los 6,297 millones de dólares en 2027, con un CAGR del 25% de 2023 a 2028.

Posicionamiento estratégico y panorama competitivo

Empresas como Nvidia se están posicionando estratégicamente a la vanguardia de este cambio arquitectónico, influyendo en todo el ecosistema. Su estrategia implica liderar esta transición con los sistemas a escala de rack Kyber, programados para una producción a gran escala en 2027, y fomentar una amplia red de socios industriales, incluidos proveedores de silicio como Analog Devices, Infineon, Navitas, ON Semiconductor y STMicroelectronics.

Infineon Technologies (IFX) parece particularmente bien posicionada para capitalizar la oportunidad de energía de centros de datos de IA. La cartera integrada verticalmente y el enfoque de sistemas de la compañía, junto con su colaboración con Nvidia en la arquitectura HVDC de 800V, son ventajas clave. Infineon ha comprometido una inversión significativa de 1,200 millones de dólares en la fabricación de obleas de GaN de 300 mm y anticipa el despliegue a gran escala de sistemas HVDC de 800V en los racks Kyber de Nvidia entre 2025 y 2026. Este movimiento se alinea con la proyección de Infineon de un CAGR de ingresos del 23% hasta 2030.

STMicroelectronics (STM) también ofrece productos relevantes para este mercado en evolución, pero enfrenta la presión de acelerar sus esfuerzos para asegurar una cuota de mercado. Los fabricantes tradicionales de unidades de suministro de energía (PSU), por el contrario, enfrentan riesgos significativos a medida que la industria se inclina hacia rectificadores a granel que convierten la corriente alterna directamente a corriente continua, eliminando potencialmente las PSU montadas en rack. Empresas como Flex (FLEX) y Eaton (ETN) se están beneficiando, con Flex reportando márgenes operativos mejorados y Eaton viendo un aumento sustancial en su cartera de pedidos de centros de datos a 470,000 millones de dólares, un aumento del 213%, lo que refleja una inversión significativa en infraestructura de IA.

Implicaciones más amplias en el mercado y perspectivas futuras

El crecimiento exponencial de las cargas de trabajo de IA es el principal catalizador para el cambio a arquitecturas DC de 800V, y se espera que las aplicaciones de IA cuadrupliquen la demanda de energía de los centros de datos para 2030. El mercado total de semiconductores para centros de datos, que abarca computación, memoria, redes y energía, se proyecta que crezca de 209,000 millones de dólares en 2024 a casi 500,000 millones de dólares para 2030, impulsado principalmente por la IA generativa y la computación de alto rendimiento. Se proyecta que la demanda global de energía de los centros de datos se duplique con creces para 2030, alcanzando aproximadamente 945 teravatios-hora (TWh), una cifra comparable al consumo total de electricidad actual de Japón.

Esta transición ofrece beneficios económicos significativos, incluida una reducción proyectada del Costo Total de Propiedad (TCO) de hasta un 30% a través de mejoras en la eficiencia, la confiabilidad y la arquitectura del sistema. Sin embargo, persisten los desafíos, particularmente con respecto a la confiabilidad de las nuevas tecnologías de semiconductores. Bob Carroll, ex ejecutivo de I+D de Infineon, señaló que la densidad de defectos del GaN sigue siendo una preocupación en entornos de centros de datos de misión crítica, donde una sola falla de componente podría requerir el reemplazo de tarjetas GPU completas.

De cara al futuro, se espera que la adopción generalizada de arquitecturas DC de 800V más allá de los primeros adoptantes comience en 2027, coincidiendo con la producción a gran escala de los sistemas a escala de rack Kyber de Nvidia. La creciente demanda de energía de los centros de datos también requerirá una inversión de capital sustancial en la generación de energía y la infraestructura de la red, con un estimado de 50,000 millones de dólares necesarios para la capacidad de generación de energía de EE. UU. para 2030. Las implicaciones a largo plazo incluyen una mayor eficiencia y sostenibilidad de los centros de datos, lo que podría desplazar el liderazgo y la rentabilidad del mercado hacia las empresas que se adapten con éxito a estas nuevas arquitecturas de energía, especialmente aquellas que prestan servicios al sector de la IA.