Este artigo do analista de tecnologia Matthew Fall examina o impacto destas inovações nos centros de dados de IA. Como as inovações em veículos elétricos de 800 V estão a redefinir os centros de dados de IA. Na última década, a indústria dos veículos elétricos tornou-se a principal área de aplicação para a eletrónica de potência. A maioria das empresas de eletrónica de potência usufruiu da indústria automóvel como a sua principal fonte de rendimento durante anos, e as inovações na eletrónica de potência concentraram-se principalmente em melhorar a eficiência e o desempenho dos sistemas de acionamento elétrico. No entanto, nos últimos dois anos, os principais fabricantes de electrónica de potência viram a sua receita proveniente da indústria automóvel estagnar gradualmente, no meio da redução dos incentivos governamentais e da concorrência cada vez mais feroz dos fabricantes chineses de veículos eléctricos altamente integrados verticalmente.

Embora a IDTechEx continue a prever um crescimento a longo prazo no mercado dos veículos elétricos, muitas empresas estão a explorar áreas de aplicação alternativas e em expansão para a eletrónica de potência. Os centros de dados, e especialmente os centros de dados de IA, representam um mercado em rápido crescimento e inovação, com a crescente adoção de semicondutores de banda larga, como o SiC e o GaN, para suportar modelos de formação de IA cada vez mais poderosos e com maior consumo de energia. De acordo com as previsões da IDTechEx no relatório de mercado "Mercado de Eletrónica de Potência 2026-2036: Data Centers, Veículos Elétricos e Energias Renováveis", o mercado de eletrónica de potência para data centers deverá crescer 2,5 vezes até 2036.

Nos próximos anos, ocorrerá uma mudança paradigmática na arquitetura energética dos data centers, com a transição para os data centers HVDC (800 VDC), resultando num aumento de uma ordem de grandeza na potência dos bastidores. Esta reformulação da arquitetura energética dos data centers é diretamente influenciada pela eletrónica de potência dos veículos elétricos de 800 V, desde os materiais utilizados até aos mecanismos de segurança e proteção de alta tensão.

Os centros de dados de IA estão a enfrentar um estrangulamento e procuram inspiração na eletrónica de potência de veículos elétricos. Em novembro de 2022, o ChatGPT trouxe a inteligência artificial da ficção científica para o mundo real. Desde então, a IA tornou-se cada vez mais comum, e as principais empresas de software de IA, principalmente nos EUA e na China, investiram milhares de milhões de dólares no desenvolvimento de modelos de IA mais complexos e poderosos. A indústria de GPUs evoluiu rapidamente para acomodar modelos de formação mais avançados.

Cada nova geração de servidores exige mais energia, e a atual arquitetura de bastidores de data center simplesmente não consegue suportar os servidores "Vera Rubin Ultra" de próxima geração da Nvidia. Os níveis de potência dos racks dispararam, de cerca de 20 kW antes do ChatGPT para 100 kW atualmente, e prevê-se que ultrapassem 1 MW até ao final da década. Com a atual eletrónica de potência de silício e a arquitetura de data center de 480/54 V, um rack de 1 MW exigiria dedicar todo o espaço do rack à conversão de energia e necessitaria de mais de 200 kg de cobre.

A eficiência dos data centers sempre foi e continua a ser uma consideração fundamental no projeto. A densidade de potência dos data centers — a quantidade de energia processada por unidade de volume — tornar-se-á uma métrica cada vez mais crítica para o design de data centers de IA. Em “Mercado de Eletrónica de Potência 2026–2036: Data Centers, Veículos Elétricos e Energias Renováveis”, a IDTechEx analisa dois avanços importantes nos data centers que facilitarão esta mudança: a adoção de semicondutores de banda larga e a arquitetura de data center de 800 V CC. Ambos foram viabilizados diretamente pelas inovações tecnológicas nos veículos elétricos.

A arquitetura de 800 V para veículos elétricos, facilitada pelos semicondutores de banda larga (WBG), possibilita uma mudança radical na eficiência do sistema de propulsão

A arquitetura de 800V para veículos elétricos começou a ser comercializada em 2019 com o Porsche Taycan e tem sido adotada de forma constante em modelos de alta performance e, cada vez mais, em modelos mais acessíveis. Os dois principais fatores que impulsionam a adoção da plataforma de 800 V estão relacionados com o aumento da velocidade de carregamento e com a redução do peso da cablagem e das perdas por efeito Joule (I²R), o que melhora a eficiência global dos veículos elétricos. A transição para 800 V foi impulsionada pelos avanços e pela comercialização de semicondutores de banda larga (WBGs), particularmente o carboneto de silício (SiC). A 800 V, as melhorias de eficiência do SiC em comparação com as tecnologias existentes de IGBT e MOSFET de silício são significativas e compensam o custo mais elevado dos semicondutores de potência de carboneto de silício.

Considerando que os veículos elétricos representam a maior parte do mercado de eletrónica de potência, a inovação nesta área tem-se centrado nos veículos elétricos e nos sistemas de propulsão elétrica, tanto para as tecnologias de SiC como de GaN. Isto levou a uma comercialização significativa e à redução de custos para ambos os materiais de banda larga, além de demonstrar a sua fiabilidade a longo prazo em ambientes hostis e a sua superioridade sobre o silício em aplicações de alta tensão. As inovações no GaN têm sido significativas devido ao grande interesse em torno da sua potencial adoção futura em veículos elétricos. No entanto, a adoção do GaN em veículos elétricos tem sido lenta, dado que o material é mais adequado para aplicações de baixa tensão e alta frequência.

As inovações em semicondutores de banda larga e HVDC estão a preparar os centros de dados para o futuro, para a formação e inferência de IA da próxima geração

Graças às inovações tecnológicas e à comercialização de semicondutores de banda larga, impulsionadas principalmente pelos veículos elétricos, a adoção da tecnologia de banda larga na eletrónica de potência para centros de dados acelerou. Os projetos de referência para fontes de alimentação (PSUs) de 8 kW e 12 kW de empresas líderes em eletrónica de potência, como a Infineon e a Navitas, incorporam SiC para os estágios de conversão de alta tensão e correção do fator de potência (PFC), e GaN para os estágios de conversão de baixa tensão.

Com uma menor conversão de tensão e a possibilidade de comutação muito mais rápida (até MHz), as vantagens do GaN nos centros de dados são altamente desejáveis; é provável que o GaN se torne mais difundido nos centros de dados do que nos veículos elétricos. A transição para semicondutores WBG em data centers leva a um aumento da eficiência, mas, mais importante, também proporciona um aumento significativo da densidade de potência, com dispositivos de SiC e GaN mais pequenos e uma redução do tamanho de componentes passivos, como condensadores e indutores.

Tal como os semicondutores WBG possibilitaram a transição para 800 V na arquitetura de veículos elétricos, também facilitarão a transição para data centers de IA com 800 V CC/HVDC. Com o precedente da arquitetura de 800 V e o desenvolvimento das avaliações e processos de segurança necessários — que podem ser adaptados de veículos elétricos para centros de dados — o desenvolvimento da arquitetura de centros de dados HVDC pode ser acelerado, aproveitando as arquiteturas energéticas existentes nos veículos elétricos. Espera-se que a transição para 800 V CC simplifique as arquiteturas de data center e as prepare para o futuro.

Com menos fases de conversão de energia e menores perdas I²R, a eficiência dos centros de dados aumentará. Menos pontos de falha reduzem a probabilidade de tempo de inatividade. Mais importante ainda, a arquitetura de data center de 800 VCC permite o fornecimento de níveis de energia significativamente mais elevados para os bastidores de servidores, suportando as futuras gerações de GPUs e modelos de formação em IA. A interligação das aplicações de eletrónica de potência complica o mercado. As inovações numa aplicação podem influenciar diretamente mudanças em larga escala noutra. O relatório "Mercado de Eletrónica de Potência 2026-2036: Data Centers, Veículos Elétricos e Energias Renováveis" analisa as inovações intersetoriais em materiais, fabrico e arquitetura de dispositivos, fornecendo uma visão geral clara da indústria de eletrónica de potência como um todo.

Autor: Matthew Fall, Analista de Tecnologia