Một dãy máy biến áp thể rắn do DG Matrix thiết kế, được lắp đặt tại Cherokee Boys Club ở Cherokee, North Carolina.

Nỗ lực thiết kế lại các trung tâm dữ liệu theo hướng tiết kiệm năng lượng hơn đang châm ngòi cho cuộc cạnh tranh quyết liệt nhằm tái định hình một công nghệ đã tồn tại 150 năm.

Làn sóng xây dựng trung tâm dữ liệu phục vụ trí tuệ nhân tạo vẫn phụ thuộc vào một thiết bị gần như chưa thay đổi thiết kế kể từ thế kỷ 19.

Điều đó có thể sắp thay đổi.

Ảnh hưởng của Nvidia Corp., tập đoàn sản xuất chip khổng lồ, đã thúc đẩy cuộc đua phát triển các máy biến áp điện mới, có hiệu suất cao hơn, xử lý tốt hơn những biến động lớn về nhu cầu điện của các trung tâm dữ liệu và, quan trọng nhất, tiết kiệm không gian trong các cơ sở để dành cho năng lực tính toán.

Đối với doanh nhân năng lượng mặt trời Meir Adest, kế hoạch của Nvidia là một khoảnh khắc lóe sáng. Ông nhận thấy thị trường khả thi cho một thiết bị điện mới mà công ty SolarEdge Technologies Inc. của ông từng bắt đầu phát triển nhưng đã từ bỏ trong giai đoạn thị trường suy thoái.

"Chúng tôi đã dành nhiều năm để hoàn thiện" công nghệ có thể loại bỏ nhu cầu sử dụng máy biến áp truyền thống, Adest, đồng sáng lập SolarEdge, cho biết trong một cuộc phỏng vấn. "Việc tự nhiên cần làm là" điều chỉnh các nguyên mẫu để phù hợp với tầm nhìn của Nvidia.

Làn sóng bùng nổ trung tâm dữ liệu đang thúc đẩy hàng nghìn tỉ USD chi tiêu vốn, trong khi cuộc chạy đua đưa các cơ sở này vào vận hành đang bị hạn chế nhiều nhất bởi khả năng tiếp cận nguồn điện. Các công ty điện lực gặp khó khăn trong việc kết nối những cơ sở tiềm năng, khiến giá điện tăng vọt tại một số khu vực ở Mỹ và châm ngòi làn sóng phản đối mạnh mẽ. Đây cũng là một trong những yếu tố góp phần vào chiến thắng áp đảo của đảng Dân chủ trong cuộc bầu cử giữa kỳ tuần trước.

Các ứng viên Dân chủ giành chiến thắng tại nhiều bang đã cam kết kiềm chế đà mở rộng trung tâm dữ liệu, đáng chú ý là tại Texas, nơi đang xây dựng hơn một phần tư số trung tâm dữ liệu của Mỹ. Điều đó đồng nghĩa hiệu quả năng lượng và việc tối đa hóa hạ tầng đã được cấp phép sẽ đóng vai trò then chốt đối với các nhà xây dựng. Các thiết bị mới, được gọi là máy biến áp thể rắn, đưa ra một giải pháp để giảm áp lực lên lưới điện và có thể mang lại khoản lợi lớn cho những công ty đưa sản phẩm ra thị trường nhanh nhất.

Máy biến áp truyền thống, lần đầu được sử dụng trong thương mại vào cuối những năm 1800, dùng cuộn dây, từ tính và kim loại để chuyển đổi các mức điện áp. Những thiết bị này chuyển điện áp cao do lưới điện truyền tải thành các mức có thể sử dụng, và thực hiện quá trình ngược lại. Với lượng điện mà một trung tâm dữ liệu cần, các thiết bị này có thể chiếm diện tích lớn bên trong cơ sở.

Năm ngoái, Nvidia kêu gọi ngành trung tâm dữ liệu cân nhắc chuyển sang sử dụng nguồn điện một chiều thay vì dòng điện xoay chiều đang phổ biến hiện nay. Đây là lúc máy biến áp thể rắn phát huy vai trò. Công nghệ này tìm cách sử dụng thiết bị điện tử công suất và chất bán dẫn để cung cấp điện một chiều cho các giá máy tính, đồng thời loại bỏ các bước chuyển đổi điện năng, qua đó hạn chế tổn thất năng lượng.

Máy biến áp thể rắn đã được sử dụng để thúc đẩy hoạt động sạc xe điện, nhưng trong lĩnh vực trung tâm dữ liệu của Mỹ, công nghệ này vẫn cần ít nhất một năm nữa mới có thể thương mại hóa. Trước hết, các thiết bị phải xử lý điện áp cao hơn nhiều, những biến động lớn về nhu cầu và đáp ứng các tiêu chuẩn về độ tin cậy mà trung tâm dữ liệu yêu cầu. Chúng cũng có chi phí sản xuất và lắp đặt cao hơn máy biến áp truyền thống.

Tuy nhiên, những thách thức này không làm giảm sự hào hứng đối với một thiết bị có thể sớm trở thành hạ tầng quan trọng của các trung tâm dữ liệu tương lai.

Các nhà phân tích của Jefferies, do Julien Dumoulin-Smith dẫn dắt, dự báo rằng khi máy biến áp thể rắn được thương mại hóa, thị trường Mỹ sẽ đạt khoảng 4,3 tỉ USD mỗi năm vào năm 2030.

Các công ty đang phát triển máy biến áp mới đặt cược rằng về lâu dài, các nhà vận hành trung tâm dữ liệu sẽ chuyển sang công nghệ này vì nó có thể giải phóng thêm không gian cho các bộ xử lý máy tính phục vụ AI, đồng thời giảm chi phí thiết bị. BloombergNEF ước tính mức tiết kiệm là 1,39 triệu USD cho mỗi megawatt nhu cầu điện của trung tâm dữ liệu. Một số trung tâm dữ liệu được đề xuất có công suất lên tới hơn 1.000 megawatt, tương đương công suất của một lò phản ứng hạt nhân truyền thống.

"Máy biến áp thể rắn biến một thiết bị vốn mang tính thụ động trong lịch sử thành hạ tầng có thể kiểm soát. Trong bối cảnh lưới điện biến động và chịu nhiều áp lực như hiện nay, điều đó thực sự quan trọng", Victoria Beasley, đối tác sáng lập Gigascale Capital và nhà đầu tư hậu thuẫn startup Heron Power Electronics Co., cho biết.

Envision Group có trụ sở tại Trung Quốc tuần trước thông báo đã hoàn tất việc triển khai thương mại đầu tiên trên thế giới một hệ thống trung tâm dữ liệu sử dụng máy biến áp thể rắn tại cơ sở của tập đoàn ở Ulanqab. Các công ty Mỹ đang chạy đua để bắt kịp.

Các công ty năng lượng mặt trời niêm yết Enphase Energy Inc. và SolarEdge đã nhận thấy cơ hội tận dụng kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết bị điện tử công suất và công nghệ điện một chiều, trong bối cảnh tốc độ tăng trưởng doanh số điện mặt trời dân dụng chậm lại. SolarEdge cho biết đang thử nghiệm một nguyên mẫu, trong khi Enphase đã trình diễn thành công thiết bị của mình vào cuối tháng 10.

Cả hai công ty đều dự kiến thử nghiệm các thiết bị vào năm tới và bắt đầu giao hàng thương mại vào năm 2028. Tổng Giám đốc Enphase Badri Kothandaraman cho biết trong cuộc gọi công bố kết quả kinh doanh quý III rằng các thiết bị này "có tiềm năng trở thành mảng kinh doanh mang lại doanh thu 1 tỉ USD mỗi năm" riêng tại thị trường trung tâm dữ liệu.

Giám đốc Sản phẩm Enphase Raghu Belur gọi các máy biến áp mới là bước đi "hiển nhiên" đối với các trung tâm dữ liệu vì chúng sẽ giúp tiết kiệm chi phí mua điện từ lưới điện. "Đối với một trung tâm dữ liệu công suất 1 gigawatt, nếu hiệu quả cao hơn 5%, khoản tiết kiệm riêng từ chi phí năng lượng đã là 30 triệu USD", ông nói trong một buổi thuyết trình gần đây về máy biến áp thể rắn của công ty tại một hội nghị AI ở Santa Clara, California.

GE Vernova Inc., một trong những nhà sản xuất thiết bị điện lớn nhất thế giới, đang lên kế hoạch thử nghiệm một máy biến áp thể rắn công suất 5 megawatt với một khách hàng vào cuối năm nay, Tổng Giám đốc Scott Strazik cho biết vào mùa hè. Tuy nhiên, ông nói thời điểm sớm nhất công ty có thể nhận đơn hàng là năm 2027. Theo ông, tiến độ triển khai sẽ phụ thuộc vào tốc độ các trung tâm dữ liệu chuyển sang sử dụng dòng điện một chiều.

Các startup cũng đang tự phát triển công nghệ này. Hai trong số đó là những công ty do các cựu nhân viên Tesla Inc. điều hành. Heron Power hồi tháng 8 cho biết công ty đang trong giai đoạn tiền sản xuất, trước khi các thiết bị sản xuất hàng loạt đầu tiên dự kiến ra mắt vào nửa cuối năm 2027. Cũng trong tháng đó, Amperesand Pte. cho biết đã bắt đầu vận hành một dây chuyền sản xuất.

DG Matrix Inc. đang đi xa hơn, với kế hoạch giao tới 2.000 máy biến áp vào năm 2027, Tổng Giám đốc Haroon Inam cho biết trong một cuộc phỏng vấn. Axios đưa tin vào tháng trước rằng công ty dự định huy động 250 triệu USD trong một vòng gọi vốn Series B vào năm tới.

DG Matrix đã chuyển hướng từ lĩnh vực sạc xe điện, vốn yêu cầu điện áp thấp hơn, sang phát triển công nghệ cho các trung tâm dữ liệu. Inam cho biết công nghệ của công ty bao gồm nhiều "cổng", cho phép đồng thời tiếp nhận nhiều đầu vào và đầu ra điện.

Theo dự báo của Dumoulin-Smith, mức độ phụ thuộc vào công nghệ mới để tạo doanh thu sẽ khác nhau tùy theo quy mô của từng công ty. Đối với GE Vernova, máy biến áp thể rắn dự kiến chỉ chiếm một phần nhỏ doanh thu. Trong khi đó, các thiết bị này có thể đóng góp lần lượt 15% và 11% doanh thu của Enphase và SolarEdge vào năm 2030. Ông cho biết để xác thực các dự án trong ngắn hạn, các công ty năng lượng mặt trời sẽ cần công bố một chương trình thử nghiệm với một nhà vận hành trung tâm dữ liệu quy mô siêu lớn cụ thể.

Cuối cùng, một công ty sẽ giành được 30% đến 40% thị trường, CEO Brian Dow của Amperesand dự báo. Khi ngành công nghiệp xác định được một số doanh nghiệp chiến thắng, những công ty còn lại trong lĩnh vực đông đúc này sẽ dần bị loại bỏ.

Nhà phân tích Caitilín McManus của BNEF cho biết sẽ không có sự đổi mới nào diễn ra trên quy mô rộng như vậy nếu không có sức hút từ các công ty công nghệ lớn và năng lực chi tiêu khổng lồ của họ. "Giờ đây, với nguồn vốn bổ sung sẵn có từ các trung tâm dữ liệu, động lực đang được thúc đẩy thêm một phần."