Los primeros centros de datos funcionaban con masas de cables debajo del piso elevado. Para que el sistema sea más fácil de modificar y mantener, y eliminar las madejas de cables que bloqueaban el flujo de aire, los cables a los bastidores ahora generalmente se condensan en una “barra colectora”, un único conductor sólido que pasa por encima y transporta suficiente energía para hacer funcionar todo el equipo en una fila de bastidores.

Los bastidores se alimentan a través de “cajas de derivación” que simplemente se conectan a la barra colectora y se conectan a las PDU en los bastidores.

“Los buses de CA se utilizan con bastante regularidad para la distribución trifásica”, dice My Truong, director de tecnología de campo de Equinix. Se refiere a Starline como “uno de los sistemas de bus más frecuentes que existen para la distribución de energía trifásica en centros de datos”.

“Los sistemas de barras colectoras aéreas eliminan la necesidad de paneles de alimentación remotos, lo que genera más espacio utilizable para los racks de servidores”, explicó Marc Dawson, director de barras colectoras de Vertiv, en un blog. “Las cajas de derivación se pueden colocar en cualquier punto a lo largo de la barra colectora, eliminando así kilómetros de látigos de potencia”.

¿Pero qué pasa por la barra colectora? Tradicionalmente, ha sido corriente alterna. ¿Qué pasaría si eso pudiera reemplazarse con DC?

Distribución en CC: ¿una moda pasajera de la década de 2010?

En la década de 2010, se construyeron varios centros de datos que funcionaban con alimentación de CC en todo momento. El objetivo era eliminar las pérdidas de energía que se producían cuando la energía se convertía varias veces entre CA para transmisión y CC para cargar las baterías del UPS y hacer funcionar la TI.

"Las ideas de distribución de CC que surgieron por primera vez a finales de la década de 2000 se basaron en la sustitución de las disposiciones de distribución de CA 'convencionales' dentro del edificio", explica el instructor de la Academia DCD, Andrew Dewing.

Intel experimentó con el uso de 400 V CC para distribuir energía alrededor del centro de datos, pero el principal defensor de la distribución de CC fue probablemente Validus DC Systems, una empresa fundada por Rudy Kraus en 2006 y comprada por ABB en 2011.

“La corriente continua es la energía nativa residente en todos los dispositivos electrónicos de potencia”, dijo Kraus a DCD en 2011: “Cada CPU, chip de memoria y unidad de disco consume energía de corriente continua. La corriente alterna se eligió como vía de alimentación basándose en criterios establecidos hace 100 años, 50 años antes de que existiera la electrónica de potencia”.

Como explica Dewing: “Las ideas que ABB intentó impulsar utilizaban la idea de distribución de CC desde el bus de CC del SAI hacia abajo hasta la carga, lo que permitía retirar la etapa inversora del SAI. La idea era que al distribuir en CC se podían eliminar muchos transformadores que podrían usarse y ahorrar energía”.

Algunos centros de datos emblemáticos de todo el mundo lo probaron. “Construimos tres centros de mención”, dice Kraus, ahora director comercial de VIE Technologies: “Uno en la Universidad de Syracuse con IBM, uno en Lenzburg [cerca de Zurich, Suiza] para HP y uno para JPMorgan Chase en Nueva Jersey”.

Se informó de otros, incluido uno en la ciudad de Ishikari, Hokkaido, Japón.

Validus distribuyó energía a 380 V y afirmó que la distribución de CC podría producir enormes ahorros. Validus dijo que un centro de datos de 2,5 MW que utiliza CC consumiría hasta un 25 por ciento menos de energía, ahorrando 3 millones de dólares al año a precios de 2009.

Habría grandes ahorros en el sistema de distribución eléctrica, con equipos reducidos en un 50 por ciento, en instalación en un 30 por ciento y solo necesitaría la mitad del espacio físico. Con esas simplificaciones, también sería más fiable, prometió la empresa.

Otros beneficios incluyen ya no tener que sincronizar los sistemas de energía. Sin variación cíclica de voltaje, no hay armónicos y no hay problemas con los dispositivos que se desincronizan.

“Podrías literalmente poner cualquier cosa que quieras que sea DC en ese bus”, dice Kraus. “Se podrían fabricar celdas de combustible, UPS de CC, rectificadores, baterías, molinos de viento. Es muy, muy simple”.

Con todos estos beneficios, ABB dijo que había comprado una tecnología “revolucionaria” en 2011, pero la industria no estaba convencida.

Seguridad primero

Entre los detractores, el influyente ingeniero de Facebook James Hamilton puso en duda las afirmaciones hechas: “El material de marketing que he revisado en detalle compara excelentes diseños de HVDC con diseños de CA muy deficientes. Como era de esperar, los ahorros rondan el 30 por ciento. Desafortunadamente, la diferencia entre buenos y malos diseños de aire acondicionado también es de alrededor del 30 por ciento”.

Hamilton calculó que las mejoras en la eficiencia podrían ser de hasta un cinco por ciento, pero el pequeño mercado para los sistemas de corriente continua encarecería los equipos, junto con “menos disponibilidad de equipos y tiempos de entrega más largos, y cuestiones jurisdiccionales algo más complejas con permisos y otras aprobaciones, tardando más en algunas regiones”.

Otro tema fue la seguridad.

“Un gran inconveniente de la distribución de energía CC es que lograr la seguridad es mucho más costoso”, afirma Ed Wylie, de American Superconductor (AMSC).

Él ve esto como un principio eléctrico general. Los interruptores de CA pueden ser menos voluminosos porque su corriente oscila y pasa regularmente por cero, momento en el que es fácil mover físicamente el contacto del interruptor.

“Con CC”, dice Wylie, “la corriente puede mantenerse y el interruptor se quema con bastante rapidez. Si nos fijamos en la clasificación equivalente de un interruptor de CC y un interruptor de CA, uno es monstruoso y el otro es pequeño y compacto”.

En 2018, Vito Savino de OmniOn fue contratado por ABB y vio el centro de datos de prueba de Validus. “Fui a un pequeño centro de datos en la Universidad de Syracuse, Nueva York, que era una especie de piloto que había realizado Validus”, le dijo a DCD. “Y era apropiado que fuera en un entorno de laboratorio”.

Al igual que Wylie, Savino dice que la distribución de CC se vio frenada por la falta de dispositivos de seguridad. “Cuando se utiliza CC a un voltaje alto, por encima del nivel SELV [voltaje extra bajo de seguridad] de 72 V, realmente puedes lastimar a alguien si toca los lugares equivocados”.

En aquel momento, afirma: “Los dispositivos de protección que debían actuar no estaban disponibles. Aún no estaban hechos para DC y, por lo tanto, fue un experimento y no salió muy bien. No fue bien recibido porque nadie quería estar cerca de ese voltaje. Cuando hablamos de voltajes CC, 48 V es un voltaje seguro, a menos que haya mucha corriente detrás”.

Como lo expresa Savino: “Cuando lo pensamos desde una perspectiva de seguridad, queremos que esos 48 V estén contenidos dentro del rack donde solo un técnico pueda verlos y lo más cerca que estén de ellos sea colocando un disyuntor en la unidad de distribución de energía que está encapsulada en el gabinete”.

“Hay mucha resistencia humana”, afirma, aclarando que se refiere a la renuencia social a adoptar la tecnología, en lugar de a la electrocución, y afirma que eso está justificado.

“En mi opinión, no es una cuestión de seguridad. Si nos fijamos en la Armada, la Fuerza Aérea y la compañía telefónica. Todos lo están usando”, dice Kraus.

Al final resultó que, la idea también tenía una aplicación limitada a nivel internacional, según Dewing: “En los sistemas eléctricos de EE.UU. había muchos niveles de voltaje de CA y, en ese momento, un enfoque más conservador en el uso de transformadores de aislamiento, por ejemplo. Si bien la teoría podría haber funcionado para los EE. UU., nunca fue viable en otras partes del mundo, donde la distribución eléctrica era mucho más simple, con solamente dos o tres niveles de voltaje (por ejemplo, el Reino Unido tiene principalmente 132 kV, 11 kV, 400 V)”.

La distribución de CC en el edificio también podría haber tenido dificultades para entregar suficiente energía, dice Dewing: “Los niveles de voltaje de CC sugeridos (alrededor de 500-700 VCC) habrían requerido requisitos de cableado muy grandes en un mundo donde el espacio era escaso”.

Las nuevas guerras actuales

Kraus cree que estas objeciones surgieron de una simple terquedad: “Los muchachos de AC lucharon. Volvíamos a los días de Edison-Westinghouse. Hubo una pelea importante entre DC y AC”.

Se refiere a la década de 1890, cuando Edison impulsó la distribución de CC para la red, pero finalmente perdió frente al equipo de CA de Westinghouse, que según Edison no era seguro.

“A medida que pasa el tiempo, cada día nos vemos más rodeados de productos de CC”, afirma, citando luces, coches eléctricos y más. “El quid de la cuestión es que creo que tenía razón. Creo que DC seguirá creciendo”.

Al final, ABB no desarrolló la tecnología Validus. “En ese momento tuvieron un cambio de director ejecutivo y decidieron no hacer mucho al respecto”, dice Kraus.

“Sinceramente, no creo que ABB haya aprendido mucho con la adquisición de Validus”, afirma Savino. “En términos de producción de TI y comercialización, simplemente desapareció”.

Es posible que la distribución de CC haya desaparecido de los centros de datos después de 2010, cuando parecía demasiado arriesgado e inusual hacer pasar voltajes de CC a través del edificio, pero ha habido algunos cambios importantes desde entonces.

En primer lugar, hoy en día los racks pueden estar equipados con barras colectoras de CC. En segundo lugar, los centros de datos pueden obtener su energía de nuevas fuentes como paneles solares o celdas de combustible, las cuales entregan energía en forma de corriente continua.

Preocupados por la confiabilidad de la red, o creyendo que ellos mismos pueden generar mejor energía, algunos operadores están optando por microrredes con fuentes de energía in situ. Estas fuentes, incluidas las pilas de combustible de hidrógeno y los paneles solares, proporcionan energía en forma de corriente continua.

Cuando los centros de datos obtienen energía como CC y la usan para ejecutar racks de CC, la etapa de CA parece una parte más pequeña del sistema, y ​​eso hace que algunas personas vuelvan a considerar la idea de omitir la parte de CA del circuito.

“Una pila de combustible Bloom es un ejemplo realmente fantástico”, afirma Truong. “Estos producen naturalmente 380 V HVDC directamente desde la celda. Pero debido a que en la mayoría de las localidades estamos tan centrados en CA, convertimos CC-CA a 480 VCA trifásico, lo instalamos en el edificio y luego lo reconvertimos nuevamente a CC al menos una vez para pasar por UPS y luego lo reconvertimos.

Esa alimentación de 380 V CC podría enviarse directamente a TI con relativamente poco esfuerzo: “Hay trucos que quizás no conozcas. Una fuente de alimentación estándar de 240 V probablemente consumirá convenientemente una entrada HVDC de 380 V con una fricción mínima. Simplemente no está certificado de esa manera”.

Lo explica detalladamente: “Si tenemos fuentes de alimentación que naturalmente podrían tomar 380 V HVDC, no hay nada que nos impida pasar esa energía directamente desde una celda de combustible, sin asumir esa pérdida de conversión del tres, ocho o 10 por ciento en el camino, y tener una distribución general de energía relativamente más eficiente”.

No sólo ayuda a la eficiencia energética, afirma: “Bussing DC también tiene otros artefactos interesantes. Debido a que es un bus de CC, no es necesario sincronizar las fases, no es necesario hacer un montón de travesuras de CA para sincronizar los suministros. Por lo tanto, se podría conectar un panel solar al bus y compensar parte del sistema con sistemas de baterías. Tenemos muchas oportunidades de reestructurar cuando pasemos a los autobuses de DC”.

La distribución tradicional de energía CA simplemente repite lo que se ha hecho antes sin intentar comprender los principios subyacentes, como un “culto a la carga”, dice Truong: “Me gusta decir que seguimos adelante con el culto a la carga hasta que deja de funcionar para nosotros. Y creo que estamos en ese punto de inflexión en la industria, donde hemos avanzado lo más que podemos con el aire acondicionado de culto a la carga”.

Sin embargo, es difícil realizar cambios dentro de los centros de datos empresariales y de colocación. “En Equinix, hoy nos sentimos muy cómodos con la distribución de aire acondicionado”, afirma Truong. “Para abogar por un mecanismo de distribución de CC, tendríamos que hacer que el cliente viniera a nosotros y nos dijera 'necesitamos distribución de 480 voltios y queremos hacerlo de esta manera'”.

Los proveedores de hiperescala poseen el diseño de extremo a extremo, pero otros no pueden darse ese lujo, dice: “¿Cómo colaboramos con el usuario final y reconocemos el beneficio de hacer esto, en comparación con nuestros diseños clásicos de centros de datos?”

Los clientes de colocación no estarán dispuestos a optar por la distribución de CC hasta que parezca una opción segura, respaldada por estándares populares, y eso es lo que Truong pretende hacer en su otro trabajo como presidente del grupo Open19, ahora conocido como SSIA.

“Para romper el paradigma, tenemos que romper un montón de cosas simultáneamente y hacer que los clientes se sientan cómodos rompiéndolo”, afirma. ”Pero tenemos que mostrarles algo de valor. Y eso es muy difícil para nosotros en este momento”.

Repensar el mercado de California

Un hombre con la libertad de repensar las cosas es el simplificador de centros de datos Yuval Bachar, el fundador original del grupo Open19, ahora en la startup ECL con sede en California.

ECL ha construido un centro de datos de 1 MW impulsado por celdas de combustible de hidrógeno in situ y propone construir más para los clientes dondequiera que haya suministro de hidrógeno.

Cada instalación se construirá para un cliente, y ese cliente podrá elegir qué tan radical quiere ser. Esto se debe a que, según Bachar, la distribución de energía dentro de la instalación será elección del cliente.

“De hecho, podemos enviar DC directamente al centro de datos, y la distribución dentro del centro de datos se basa en los requisitos del cliente. Para nosotros, DC es mejor porque ahorramos etapas de conversión. Pero si el cliente quiere que usemos DC internamente, entonces hacemos la conversión por el cliente. Nuestro diseño es capaz de hacer ambas cosas”.

Bachar conoce muy bien la historia de DC y las preocupaciones de seguridad que la rodean. El diseño de ECL puede incluir transformadores para acondicionamiento, junto con convertidores de CC a CC: “De hecho, podemos controlar cualquier voltaje de CC, podemos controlar CA y también podemos controlar una combinación de ellos. Puedes tener mitad CC y mitad CA si quieres”.

Para él, la principal preocupación es cuánta corriente requerirá el diseño en las barras colectoras de distribución que atraviesan el edificio cuando la densidad de los racks aumenta. Si se distribuye a bajo voltaje, entonces la cantidad de corriente necesaria para alimentar varios racks sería “un desafío”, afirma.

“La razón es que, con la cantidad de energía que utilizamos por rack, vamos a tener que introducir en el sistema de distribución miles de amperios a bajo voltaje. Podría estar cerca de 10.000 a 15.000 amperios. Eso requiere una distribución de cobre bastante especial”.

No se equivoca ahí. Tanta corriente requerirá gruesas barras colectoras de cobre cuidadosamente diseñadas, y la resistencia será un problema. Tanto es así que al menos un grupo de académicos ha sugerido utilizar superconductores de alta temperatura.

En el mundo real, con conductores de cobre normales, las corrientes altas significan que "se va a calentar y pueden producirse chispas", dice Bachar.

Su respuesta es distribuir voltajes más altos, lo que significa un nivel de corriente más razonable, y luego reducir el voltaje en los bastidores.

"Estamos tratando de poner el voltaje lo suficientemente alto como para que sea seguro", dice. “Para 1 MW, aplicamos 800 V, 750 V o 700 V. Eso es aproximadamente 2000 A, lo cual es razonable. Aumentar eso cinco o seis veces se está convirtiendo en una pesadilla”.

Impulsando estándares

Pioneros como Truong y Bachar están felices de traspasar los límites y, a veces, las cosas son más fáciles de lo que cabría esperar. Por ejemplo, Savino recuerda que su empresa, OmniOn, alguna vez fue parte de General Electric (GE) y descubrió que los equipos de CA funcionaban con CC.

"GE es muy importante en la distribución de CA y aprendimos que podíamos utilizar su esquema de barras colectoras de CA", afirma. Todo lo que teníamos que hacer era obtener una calificación de UL [Underwriters' Laboratories], a nivel de CC, y podríamos usar esa misma barra colectora para transportar CC”.

Sin embargo, el mercado en general no saldrá de las prácticas convencionales hasta que los esquemas de CD estén ampliamente respaldados por certificados y estándares UL.

Truong cree que la coherencia podría persuadir a más personas a echarle un vistazo. “¿Cómo podemos lograr un estándar lo suficientemente consistente que desacople suficientes piezas que históricamente no estaban desacopladas y permita a las diversas organizaciones rastrear realmente ventajas en el factor de sostenibilidad en general?”

Persuadir a las personas para que adopten algo nuevo dependerá de que vean el valor comercial, dice Truong, y ve una forma prometedora de lograrlo: “En este momento, nuestra oportunidad de mostrar el valor comercial radica realmente en la sostenibilidad. Francamente, no creo que la mayoría de las organizaciones puedan alcanzar sus objetivos de sostenibilidad sin cambiar radicalmente su forma de pensar sobre las cosas”.

También sabe que tiene que persuadir a los OEM para que acepten un enfoque estandarizado: “Los OEM son semi reacios a adoptar esto porque no ven una base de clientes para ello. Tenemos un pequeño círculo que romper allí, además de lograr que los OEM reconozcan que los estándares interoperables en los diseños de servidores en realidad son para su mayor beneficio. Creo que todavía ven valor en los productos personalizados. Probablemente les llevará algún tiempo repensar el valor actual de su producto”.

En 2011, cuando el veterano de los centros de datos de Amazon, James Hamilton, descartó la distribución de CC, sintió que al final podría abrirse paso: “La industria en su conjunto continúa aprendiendo, y creo que hay muchas posibilidades de que la distribución de CC de alto voltaje termine convirtiéndose en una opción más común en los centros de datos modernos”.

Puede que tenga razón.

Kraus está semi-jubilado, pero está listo para regresar a la industria si la distribución DC regresa: “Hemos demostrado algunas cosas bastante interesantes. Y siempre creí que la pregunta era: ¿cuánto tardaría en recuperarse?”