Bộ Phân Phối Điện: PDU Mật Độ Cao Cho Hạ Tầng Trung Tâm Dữ Liệu AI
Cập nhật ngày 11 tháng 12 năm 2025
Cập nhật tháng 12 năm 2025: Mật độ công suất rack tăng vọt từ 8,2kW (trung bình năm 2020) lên 500-1000kW cho các triển khai AI Factory. Thị trường PDU toàn cầu tăng trưởng từ 2,2 tỷ USD (2024) lên 3,2 tỷ USD vào năm 2030. Hệ thống busway mở rộng hơn 40%/năm—phân khúc hạ tầng vật lý trung tâm dữ liệu tăng trưởng nhanh nhất. PDU 100A+ trở thành bắt buộc cho các máy chủ GPU hiện đại. Phân phối HVDC ở mức 600-800V đang được ưa chuộng vì hiệu suất cao.
Mật độ công suất rack đã tăng vọt từ trung bình 8,2kW năm 2020 lên dự kiến 500-1000kW cho các triển khai AI Factory.¹ Các GPU như NVIDIA Blackwell B100 và B200 vượt ngưỡng 1.000 watt mỗi chip, đẩy công suất rack vượt quá 100kW và tiến gần 1MW trong một số cấu hình.² Bộ phân phối điện khiêm tốn đã phát triển từ một ổ cắm điện đơn giản thành nền tảng giàu cảm biến cung cấp thông tin chi tiết hữu ích, khả năng phục hồi vận hành và sự linh hoạt cần thiết cho kỷ nguyên AI.³
Thị trường PDU toàn cầu tăng từ 2,2 tỷ USD năm 2024 lên dự kiến 3,2 tỷ USD vào năm 2030 với tốc độ CAGR 6,4%, trong đó việc áp dụng PDU thông minh đang tăng tốc khi các khối lượng công việc AI và học máy đòi hỏi công suất điện cao hơn.⁴ Allied Market Research dự báo thị trường rộng hơn đạt 7,9 tỷ USD vào năm 2030.⁵ Phân phối điện đã trở thành phân khúc tăng trưởng nhanh nhất của hạ tầng vật lý trung tâm dữ liệu, với các hệ thống busway mở rộng hơn 40% so với năm trước.⁶ Đối với các tổ chức triển khai hạ tầng AI, việc lựa chọn PDU quyết định liệu các khoản đầu tư GPU đắt tiền có đạt được mức sử dụng tối đa hay bị nghẽn cổ chai ở khâu cung cấp điện.
Khối lượng công việc AI biến đổi yêu cầu PDU
Các trung tâm dữ liệu truyền thống hoạt động ở mức 20-30kW mỗi rack. Các cụm huấn luyện AI yêu cầu rack 40-60kW. Các mô hình ngôn ngữ lớn đòi hỏi ít nhất 70kW.⁷ Các ứng dụng siêu máy tính cho an ninh quốc gia và nghiên cứu AI tiêu thụ 100kW hoặc hơn.⁸ Sự leo thang này thay đổi căn bản các thông số kỹ thuật PDU.
Dòng điện cao hơn trở thành bắt buộc. Các PDU được thiết kế cho mật độ cao phải chịu được 100A trở lên, với số lượng cầu dao và cầu chì cao hơn cung cấp nhiều điện năng hơn trên mỗi ổ cắm.⁹ PDU tiêu chuẩn 30A hoặc 60A không thể hỗ trợ các máy chủ GPU hiện đại bất kể các thông số kỹ thuật khác.
Phân phối ba pha tối ưu hóa việc cung cấp điện công suất cao. Mỗi pha hoạt động với đường dẫn dòng điện riêng, giảm tải cho dây dẫn và cho phép sử dụng dây dẫn nhỏ hơn, tiết kiệm chi phí.¹⁰ Cấu hình ba pha cũng cải thiện hệ số công suất và giảm méo sóng hài so với các phương án một pha.
Khả năng chịu nhiệt độ giải quyết các thách thức nhiệt. PowerIT PDU của Vertiv hoạt động ở nhiệt độ lên đến 140°F (60°C) và độ ẩm lên đến 95%, rất quan trọng cho các triển khai mật độ cao nơi hệ thống làm mát khó duy trì các phạm vi thoải mái truyền thống.¹¹
Phân phối điện áp trung xuất hiện cho các mật độ cực cao. Đối với các bố trí rack 100-300kW, cách tiếp cận hiệu quả nhất là cung cấp điện áp trung trực tiếp đến PDU tại hàng rack.¹² Phân phối điện áp cao hơn giảm dòng điện, cho phép làm mát bằng không khí và hạ tầng nhẹ hơn so với các phương pháp truyền thống.¹³
Kiến trúc DC điện áp cao đang được ưa chuộng. Phân phối HVDC ở mức 600-800V giảm các giai đoạn chuyển đổi và cải thiện hiệu suất.¹⁴ Giữ nguồn điện đến rack ở mức 400V loại bỏ gần như toàn bộ tổn thất truyền tải so với tổn thất 4% từ chuyển đổi hạ áp 480V xuống 208V/120V.¹⁵
Khả năng giám sát của PDU thông minh
PDU thông minh hiện đại cung cấp nhiều hơn việc phân phối điện đơn thuần. Chúng đo lường, phân tích và báo cáo mức tiêu thụ điện theo thời gian thực, chuyển đổi từ các thành phần hàng hóa thông thường thành nền tảng hạ tầng chiến lược.¹⁶
Giám sát điện năng chi tiết cung cấp khả năng hiển thị mức tiêu thụ ở cấp rack. PDU thông minh cung cấp giám sát dòng điện (ampe), điện áp, công suất (kVA, kW), hệ số công suất và tiêu thụ năng lượng (kWh) với độ chính xác ±1%.¹⁷ Độ chính xác này cho phép lập kế hoạch công suất chính xác và tính toán hoàn phí.
Phân tích chất lượng điện xác định các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng gây ra sự cố. Dữ liệu về điện áp, sóng hài, hệ số đỉnh và hệ số công suất tiết lộ các bất thường có thể gây căng thẳng cho thiết bị hoặc chỉ ra các thành phần đang hỏng.¹⁸ Phát hiện sớm ngăn ngừa thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch tốn kém.
Giám sát môi trường mở rộng ra ngoài điện năng. Các cảm biến tích hợp theo dõi nhiệt độ và độ ẩm ở cấp rack, kích hoạt cảnh báo ngay lập tức khi điều kiện vượt quá ngưỡng.¹⁹ Khả năng hiển thị chi tiết này bổ sung cho các hệ thống môi trường cấp cơ sở.
Tích hợp DCIM tạo ra khả năng hiển thị hạ tầng thống nhất. PDU thông minh cung cấp dữ liệu cho hệ thống Quản lý Hạ tầng Trung tâm Dữ liệu, tương quan mức tiêu thụ điện với khối lượng công việc tính toán, điều kiện môi trường và mức sử dụng công suất.²⁰ Sự tích hợp cho phép tối ưu hóa dựa trên dữ liệu trên toàn bộ cơ sở.
Quản lý từ xa giảm chi phí vận hành. PDU có chức năng chuyển mạch cho phép khởi động lại nguồn từ xa cho từng ổ cắm riêng lẻ, giảm các chuyến đi thực địa cho các hoạt động khởi động lại đơn giản. Khả năng này đặc biệt có giá trị cho các triển khai edge và các cơ sở từ xa.
Chỉ thị Hiệu quả Năng lượng của Liên minh Châu Âu hiện yêu cầu giám sát điện năng toàn diện trong tất cả các công trình trung tâm dữ liệu mới.²¹ Các quy định tương tự ở Bắc Mỹ và Châu Á-Thái Bình Dương buộc các nhà vận hành phải thay thế PDU cơ bản bằng các phiên bản giám sát thông minh.²² Các yêu cầu quy định đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ PDU hàng hóa sang nền tảng có giám sát.
Cân nhắc phân phối 415V so với 480V
Lựa chọn điện áp ảnh hưởng đến hiệu suất, chi phí và khả năng tương thích trong toàn bộ chuỗi điện. Các khu vực khác nhau tiêu chuẩn hóa trên các điện áp khác nhau, nhưng các triển khai AI ngày càng đánh giá các phương án thay thế cho các tiêu chuẩn địa phương truyền thống.
Phân phối 480V đại diện cho cách tiếp cận truyền thống của Mỹ. Ba pha 480V đi vào trung tâm dữ liệu và chuyển đổi thành 208V/120V thông qua máy biến áp hạ áp.²³ Việc chuyển đổi gây ra khoảng 4% tổn thất truyền tải.²⁴ Một số trung tâm dữ liệu lớn, bao gồm Google, phân phối 480V AC trực tiếp đến rack với bộ chỉnh lưu ba pha chuyển đổi thành DC trong rack, loại bỏ tổn thất chuyển đổi trung gian.²⁵
Phân phối 415V chiếm ưu thế bên ngoài Hoa Kỳ. Các cơ sở Mỹ có thể chuyển đổi sang 415V ở cấp UPS, đạt hiệu suất 85-90% tùy thuộc vào tải.²⁶ Điện áp này cho phép phân phối 240V một pha trực tiếp đến máy chủ.
Hiệu suất 240V so với 120V khác biệt tích lũy ở quy mô lớn. Ở 240V, nguồn cung cấp điện máy chủ thông thường hoạt động ở hiệu suất 85,5%. Ở 120V, hiệu suất giảm xuống 82%, chênh lệch đầy đủ 3,5%.²⁷ So sánh 208V với 240V cho thấy chênh lệch hiệu suất 1,5%.²⁸ Đối với các triển khai quy mô megawatt, những điểm phần trăm này chuyển thành tiết kiệm điện năng và làm mát đáng kể.
Cân nhắc máy biến áp ưu tiên điện áp cao hơn. Máy biến áp tự động hạ áp 277/480V xuống 240/415V có kích thước nhỏ hơn 90% và chi phí thấp hơn so với máy biến áp cách ly PDU 120/208V.²⁹ Loại bỏ máy biến áp PDU lớn giảm yêu cầu làm mát và tiêu thụ diện tích sàn.
ABB MegaFlex 415V UPS ra mắt vào tháng 6 năm 2025 nhắm mục tiêu cụ thể cho các trung tâm dữ liệu colocation, hybrid, hyperscale và neocloud.³⁰ Sản phẩm bổ sung cho MegaFlex 480V của ABB, cung cấp cho các nhà vận hành các tùy chọn linh hoạt cho các yêu cầu triển khai khác nhau.³¹
Các tổ chức lập kế hoạch triển khai greenfield nên đánh giá phân phối 415V để tăng hiệu suất, trong khi các nâng cấp brownfield có thể thấy 480V thực tế hơn với hạ tầng hiện có.
Các nhà sản xuất PDU hàng đầu cho khối lượng công việc AI
Bối cảnh cạnh tranh tập trung vào một vài nhà cung cấp lớn, với Schneider Electric và Vertiv thống trị thị phần toàn cầu chỉ cách nhau một phần mười điểm phần trăm theo Dell'Oro Group.³²
Vertiv PowerIT rack PDU ra mắt năm 2025 nhắm mục tiêu cụ thể vào các khối lượng công việc AI và HPC. Hệ thống cung cấp quản lý điện năng tiên tiến, cấu hình linh hoạt và các thành phần bên trong được tăng cường để đảm bảo độ tin cậy ở quy mô lớn.³³ Phân phối ba pha trong cả cấu hình 208V Delta và 240/415V WYE phân bổ đều tải điện qua các pha.³⁴ Khả năng chịu nhiệt độ hoạt động lên đến 60°C và độ ẩm lên đến 95% giải quyết môi trường triển khai mật độ cao.³⁵
Schneider Electric NetShelter Rack PDU Advanced được cập nhật để hỗ trợ nhu cầu điện cao của máy chủ AI. Các mô hình dọc và ngang nhỏ gọn cung cấp số lượng mạch chuyên dụng cao hơn cho bố trí rack hiệu quả.³⁶ Schneider đã phát triển hệ thống rack hỗ trợ đặc biệt cho NVIDIA GB200 NVL72, tích hợp vào hệ sinh thái HGX và MGX của NVIDIA lần đầu tiên.³⁷
Server Technology (một thương hiệu của Legrand) tập trung vào các giải pháp PDU rack thông minh với khả năng chuyển mạch cho phép quản lý điện năng chi tiết. Công ty nhấn mạnh hiệu suất cho các triển khai mật độ cao và cung cấp khả năng giám sát toàn diện.
Raritan (cũng thuộc Legrand) cung cấp các nền tảng PDU thông minh với giám sát môi trường tích hợp và khả năng tích hợp DCIM. Công ty cung cấp tài liệu phong phú về các chiến lược tối ưu hóa phân phối điện.
Eaton cạnh tranh trên toàn bộ chuỗi hạ tầng điện, với các giải pháp PDU tích hợp vào hệ sinh thái UPS và quản lý điện năng rộng hơn. Công ty tham gia vào thị trường Châu Âu nơi doanh thu PDU và PSU dự kiến đạt 20,05 tỷ USD vào năm 2035.³⁸
Định cỡ PDU cho cấu hình rack AI
Định cỡ PDU phù hợp đòi hỏi hiểu biết về cả yêu cầu công suất đỉnh và duy trì trong suốt vòng đời thiết bị.
Tiêu thụ điện máy chủ GPU tiếp tục leo thang. Các máy chủ AI hiện tại tiêu thụ 30kW so với 8kW cho máy chủ thông thường.³⁹ Các hệ thống thế hệ tiếp theo đẩy cao hơn nữa khi TDP chip vượt quá 1.000W.
Cấu hình dự phòng ảnh hưởng đến tổng yêu cầu công suất PDU. Dự phòng N+1 hoặc 2N tăng gấp đôi hoặc hơn số mạch PDU cần thiết. Lập kế hoạch công suất dựa trên chiến lược dự phòng thay vì chỉ dựa trên thông số định mức của thiết bị.
Dự trữ tăng trưởng trong tương lai ngăn ngừa việc thay thế hạ tầng sớm. Triển khai PDU định cỡ cho các yêu cầu hiện tại có nguy cơ công suất bị mắc kẹt khi máy chủ nâng cấp lên các model công suất cao hơn. Hướng dẫn ngành đề xuất định cỡ cho tăng trưởng mật độ rack dự kiến trong suốt thời gian triển khai.
Loại và số lượng ổ cắm phải phù hợp với yêu cầu thiết bị. Các máy chủ GPU khác nhau sử dụng các cấu hình đầu vào nguồn khác nhau. Xác minh loại ổ cắm PDU phù hợp với yêu cầu máy chủ trước khi mua sắm.
Phân bổ mạch đòi hỏi lập kế hoạch cẩn thận. Số lượng ổ cắm cao hơn trên mỗi PDU giảm số lượng đơn vị cần thiết nhưng có thể tập trung rủi ro hỏng hóc. Cân bằng hợp nhất với các cân nhắc về miền lỗi.
Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự báo tiêu thụ điện của trung tâm dữ liệu tăng vọt từ 415TWh năm 2024 lên 945TWh vào năm 2030.⁴⁰ Hạ tầng PDU được triển khai hôm nay phải mở rộng quy mô theo quỹ đạo này.
Cân nhắc lắp đặt và vận hành
Triển khai PDU đúng cách mở rộng ra ngoài việc lựa chọn sản phẩm đến các thực hành lắp đặt và quy trình vận hành.
Lắp đặt dọc so với ngang ảnh hưởng đến việc sử dụng không gian rack. PDU dọc trong cấu hình zero-U bảo toàn toàn bộ không gian rack cho thiết bị. PDU ngang tiêu thụ các đơn vị rack nhưng có thể đơn giản hóa việc định tuyến cáp trong một số cấu hình nhất định.
Tích hợp quản lý cáp ngăn cản luồng không khí bị tắc nghẽn. Vị trí PDU ảnh hưởng đến cách cáp nguồn định tuyến qua rack. Lập kế hoạch vị trí PDU cùng với chiến lược quản lý cáp thay vì coi chúng là các quyết định riêng biệt.
Cân bằng pha tối đa hóa việc sử dụng công suất. Tải không cân bằng trên các PDU ba pha giảm công suất khả dụng và có thể kích hoạt bảo vệ quá dòng trên các pha tải nặng trong khi các pha khác vẫn chưa được sử dụng hết.
Thiết lập đường cơ sở giám sát cho phép phát hiện bất thường. Cấu hình giám sát PDU thông minh ngay khi triển khai để thiết lập các đường cơ sở hoạt động bình thường. Phát hiện bất thường đòi hỏi dữ liệu lịch sử để so sánh.
Quản lý firmware đảm bảo an ninh và chức năng. PDU thông minh chạy firmware đòi hỏi cập nhật định kỳ. Đưa firmware PDU vào quy trình quản lý lỗ hổng và vá lỗi thường xuyên.
[Mạng lưới toàn cầu của Introl
[Nội dung bị cắt ngắn để dịch]
