AI-datacenters pakken energiecrisis aan met baanbrekende supergeleidertechnologie

Wereldwijd - Ekhbary Nieuwsagentschap

AI-datacenters pakken energiecrisis aan met baanbrekende supergeleidertechnologie

De meedogenloze expansie van kunstmatige intelligentie (AI) verlegt de grenzen van de rekenkracht, maar deze exponentiële groei brengt een enorme uitdaging met zich mee: een onverzadigbare vraag naar energie. Naarmate AI-datacenters wereldwijd toenemen, oefenen ze een ongekende druk uit op bestaande elektriciteitsnetten en traditionele stroomtransmissie-infrastructuur. Als reactie hierop verkennen industriegiganten, vaak aangeduid als hyperscalers zoals Amazon Web Services, Google Cloud en Microsoft Azure, agressief innovatieve oplossingen om de stroomcapaciteit en efficiëntie te verbeteren binnen een krimpende fysieke voetafdruk. Een van de meest veelbelovende wegen is de adoptie van hogetemperatuur-supergeleider (HTS)-technologie, die klaar is om een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop stroom wordt geleverd aan het hart van AI-operaties.

Traditionele elektriciteitsnetten, hoewel robuust, zijn inherent inefficiënt. De U.S. Energy Information Administration (EIA) rapporteert een gemiddelde van 5 procent jaarlijkse transmissie- en distributieverliezen, een cijfer dat in andere delen van de wereld aanzienlijk hoger kan zijn. Deze inefficiëntie, gekoppeld aan de enorme schaal van energie die nodig is voor moderne AI-datacenters – die net zoveel elektriciteit kunnen verbruiken als kleine steden – vereist een paradigmaverschuiving. Koperbedrading, de hoeksteen van elektrische transmissie decennialang, geleidt stroom, maar niet zonder weerstand. Deze weerstand genereert warmte, wat leidt tot energieverlies, verminderde efficiëntie en beperkingen op de hoeveelheid stroom die veilig via een bepaalde lijn kan worden overgedragen. Deze nadelen worden kritieke knelpunten voor AI-faciliteiten die zijn ontworpen om enorme elektrische belastingen in steeds compactere ruimtes te proppen.

Maak kennis met hogetemperatuur-supergeleiders. Ondanks hun enigszins misleidende naam werken HTS-materialen bij cryogene temperaturen, zij het aanzienlijk warmer dan die vereist zijn voor traditionele supergeleiders. De kerninnovatie ligt in hun vermogen om elektriciteit vrijwel zonder weerstand te geleiden wanneer ze worden gekoeld, waardoor de energieverliezen die gepaard gaan met conventionele geleiders grotendeels worden geëlimineerd. Deze fundamentele eigenschap vertaalt zich in diepgaande praktische voordelen voor stroomlevering. HTS-kabels zijn niet alleen aanzienlijk kleiner en lichter dan hun koperen tegenhangers, maar zenden ook stroom uit zonder spanningsval of warmteontwikkeling. Deze inherente efficiëntie en compacte vormfactor maken ze een ideale oplossing voor AI-datacenters, die constant worstelen met ruimtebeperkingen en thermische beheeruitdagingen.

Microsoft is naar voren gekomen als een uitgesproken voorstander en investeerder in HTS-technologie. Alastair Speirs, de algemeen directeur van wereldwijde infrastructuur bij Microsoft, benadrukte het potentieel in een recente blogpost en stelde: "Omdat supergeleiders minder ruimte innemen om grote hoeveelheden stroom te verplaatsen, zouden ze ons kunnen helpen schonere, compactere systemen te bouwen." De toewijding van het bedrijf strekt zich uit tot een aanzienlijke investering van 75 miljoen dollar in Veir, een toonaangevende ontwikkelaar van supergeleidende energietechnologie. De geleiders van Veir maken gebruik van HTS-tape, typisch gebaseerd op een klasse materialen die bekend staat als zeldzame-aarde barium koperoxide (REBCO) – een keramische supergeleidende laag die als een dunne film op een metalen substraat wordt afgezet en vervolgens wordt ontworpen tot een robuuste geleider die in stroomkabels kan worden gemonteerd. Tim Heidel, CEO en mede-oprichter van Veir, legt uit: "Het belangrijkste onderscheid met koper of aluminium is dat de supergeleidende laag bij bedrijfstemperatuur stroom geleidt met vrijwel geen elektrische weerstand, waardoor een zeer hoge stroomdichtheid in een veel compactere vormfactor mogelijk is."

Hoewel HTS-kabels nog steeds cryogene koeling vereisen, heeft Veir een praktische oplossing ontwikkeld: een gesloten-lus vloeibaar stikstofsysteem. Vloeibare stikstof circuleert door de lengte van de kabel, wordt aan het uiteinde opnieuw gekoeld en vervolgens teruggevoerd naar het begin, waardoor de noodzakelijke lage bedrijfstemperatuur wordt gehandhaafd. Heidel benadrukt de praktische bruikbaarheid van deze aanpak: "Vloeibare stikstof is een overvloedig, goedkoop, veilig materiaal dat op enorme schaal wordt gebruikt in tal van kritieke commerciële en industriële toepassingen. We maken gebruik van de ervaring en standaarden voor het werken met vloeibare stikstof die in andere industrieën zijn bewezen om stabiele datacenteroplossingen te ontwerpen die zijn ontworpen voor continu gebruik, met bewaking en controles die passen bij de verwachtingen van kritieke infrastructuur in plaats van laboratoriumomstandigheden." Heidel is ook voorstander van externe koelsystemen om de interne voetafdruk en operationele complexiteit binnen het datacenter zelf te minimaliseren.

De integratie van zeldzame aardmetalen, complexe koelcircuits en cryogene systemen brengt aanzienlijke kosten met zich mee, wat betekent dat HTS koper in de meeste dagelijkse toepassingen waarschijnlijk niet zal vervangen. De economische levensvatbaarheid komt echter tot uiting in nichescenario's met hoge waarde, waar de conventionele stroomvoorziening ernstig wordt beperkt door ruimte, gewicht, spanningsval en warmte. "In die gevallen komt de waarde tot uiting op systeemniveau: kleinere voetafdrukken, verminderde resistieve verliezen en meer flexibiliteit in hoe u stroom routeert", merkt Heidel op. Voor hyperscalers die AI-datacenters bouwen, kan de initiële investering in HTS-ontwikkeling en -implementatie worden gecompenseerd door de langetermijnwinsten in efficiëntie, lagere operationele kosten en de mogelijkheid om geavanceerde AI-diensten breder en betrouwbaarder te leveren.

De rijping van de HTS-productie, met name aan de tape-zijde, draagt ook bij aan een verbeterde kosteneffectiviteit en leveringsbeschikbaarheid. Husam Alissa, Microsofts directeur systeemtechnologie, bevestigt: "Onze focus ligt momenteel op het valideren en ontmaskeren van deze technologie met onze partners, met de nadruk op systeemontwerp en -integratie." AI-datacenters, met hun extreme stroomvereisten en strategisch belang, blijken de ideale proeftuin te zijn voor deze transformatieve technologie. Nu de wereld steeds meer afhankelijk is van AI, kan de efficiënte en compacte stroomvoorziening die door hogetemperatuur-supergeleiders wordt beloofd, de sleutel zijn tot het ontsluiten van het volledige potentieel ervan, en ervoor zorgen dat de infrastructuur gelijke tred kan houden met innovatie.

Ekhbary Nieuwsagentschap