Los centros de datos son parte integral del mundo tecnológico actual. A medida que las nuevas tecnologías y cargas de trabajo, como la computación en la nube y el aprendizaje automático (ML), continúan ganando una adopción generalizada, la presión sobre el centro de datos aumenta y se espera que esta tendencia continúe.
Desafortunadamente, las tecnologías actuales de conversión y distribución de energía empleadas en el centro de datos no son adecuadas para manejar este aumento en la demanda. Específicamente, la electrónica de potencia basada en silicio es relativamente ineficiente y, en última instancia, requiere que los centros de datos empleen sistemas de enfriamiento exóticos para mantener temperaturas seguras. Al final, esta sobrecarga hace que los centros de datos sean menos sostenibles, menos rentables y, en última instancia, más costosos tanto para el proveedor del centro de datos como para el usuario final.
La solución a este desafío es el nitruro de galio (GaN), una alternativa comprobada al silicio que ofrece un rendimiento y una eficiencia superiores. GaN está especialmente preparado para revolucionar la distribución y conversión de energía en el centro de datos, ahorrando energía, reduciendo la necesidad de sistemas de refrigeración y, en última instancia, haciendo que los centros de datos sean más rentables y escalables.
Tecnología heredada y la necesidad de refrigeración
La electrónica basada en silicio es un campo relativamente antiguo, con raíces que se remontan a la década de 1950. Si bien la tecnología ha mejorado a pasos agigantados, sus capacidades aún están fundamentalmente limitadas por el material en sí.
Específicamente, en el ámbito de los semiconductores de potencia, el silicio sufre de una conductancia relativamente baja y velocidades de conmutación lentas, lo que hace que sea un material imperfecto para la electrónica de potencia. Independientemente, la mayoría de los dispositivos electrónicos de potencia actuales dentro de un centro de datos todavía dependen de dispositivos basados en silicio para funciones como la conversión y distribución de energía.
Al mismo tiempo, el panorama de los centros de datos ha cambiado drásticamente en la última década. Hoy en día, se espera que los centros de datos ejecuten más cargas de trabajo intensivas en cómputo que nunca, lo que requiere velocidades más rápidas y un mayor consumo de energía para satisfacer las nuevas demandas. Esto, junto con la dependencia de la tecnología de silicio, da como resultado que los centros de datos modernos desperdicien una cantidad asombrosa de energía y generen enormes cantidades de calor no deseado. Algunos informes incluso han encontrado que los centros de datos desechan hasta el 98 por ciento de su electricidad como calor no deseado.
Este es un problema, ya que tiende a degradar el rendimiento de los servidores, lo que hace que funcionen más lentamente y se averíen más rápido. Esto tiene un impacto negativo en el rendimiento del usuario final y aumenta sus costos debido a las tarifas de mantenimiento más altas asociadas con el centro de datos.
Para hacer frente a los desafíos térmicos, los centros de datos utilizan tecnologías de refrigeración complejas para mantener temperaturas de funcionamiento seguras. Si bien este esquema funciona, agrega una sobrecarga significativa a la operación del centro de datos, nuevamente elevando los precios tanto para los operadores del centro de datos como para los clientes.
Problemas del silicio
Dentro del centro de datos, dos áreas que son particularmente susceptibles a una gran cantidad de desechos y generación térmica son la conversión y distribución de energía.
La conversión de energía es un elemento fundamental de los centros de datos, donde las fuentes de alimentación y los circuitos de conversión funcionan para generar toda la energía eléctrica utilizada en todo el centro de datos. Dentro de esto, los circuitos como los convertidores CA/CC, los convertidores CC/CC y los reguladores dependen casi todos del funcionamiento de los transistores de silicio como dispositivos de conmutación. Los transistores de silicio también funcionan como interruptores para controlar el flujo y la dirección de la energía hacia y desde diferentes áreas dentro del centro de datos.
En ambas situaciones, es ideal encontrar un reemplazo para el silicio que pueda ofrecer mejores eficiencias.
GaN lo mantiene fresco
Las tecnologías basadas en GaN abordan los problemas de generación de calor en la electrónica de potencia de los centros de datos de formas que el silicio no lo hace.
Debido a las impresionantes propiedades de los materiales, los transistores basados en GaN ofrecen velocidades de conmutación más rápidas, mayor conductividad y, en general, un mejor rendimiento en comparación con sus equivalentes de silicio. Específicamente, GaN tiene una conductividad que es 1000 veces mayor que el silicio y se ha demostrado en algunas aplicaciones que ofrece ahorros de energía de hasta un 40 por ciento en comparación con el silicio.
Debido a esto, los transistores GaN proporcionan un reemplazo de mayor eficiencia para el silicio heredado en las aplicaciones de electrónica de potencia del centro de datos. El resultado de usar GaN en lugar de silicio es que los circuitos de distribución y conversión de energía del centro de datos desperdiciarán menos energía y generarán significativamente menos calor.
Con estos beneficios, GaN tiene el potencial de crear un impacto revolucionario positivo en la industria del centro de datos. GaN puede reducir significativamente la necesidad de soluciones de refrigeración complejas en el centro de datos y, a su vez, abaratar su funcionamiento y mantenimiento, ofrecer una vida útil más prolongada y, en general, requerir gastos generales más económicos. Debido a esto, los estudios han encontrado que por cada conjunto de 10 racks en el centro de datos, las PSU basadas en GaN pueden aumentar las ganancias en 3 millones de dólares.
En conjunto, los beneficios de cambiar a GaN incluyen una disminución de los costos tanto para el proveedor del centro de datos como para el usuario final, un mayor rendimiento y una mayor confiabilidad que nunca.
A medida que la tendencia de cargas de trabajo cada vez más intensivas en cómputo continúa ejerciendo una presión sin precedentes sobre el centro de datos, la industria debe adaptarse para mantenerse al día. Si seguimos confiando en la tecnología de silicio en nuestros centros de datos, la generación excesiva de calor y la necesidad de sistemas de refrigeración exóticos seguirán afectando a la industria y servirán como un cuello de botella para la escalabilidad y la rentabilidad.
Esto no representa un camino sostenible a seguir para el campo. Al final del día, una transición de silicio a GaN en las aplicaciones de energía del centro de datos es una necesidad para el centro de datos del futuro.