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Dopo 140 anni il trasformatore cambia: il merito è dell'IA
Le aziende impegnate nella costruzione dei più grandi data center AI stanno accelerando lo sviluppo dei trasformatori allo stato solido, dispositivi pensati per alimentare direttamente i rack ad alta densità. Negli ultimi dodici mesi tre società statunitensi hanno raccolto complessivamente oltre 280 milioni di dollari, mentre un prototipo accademico ha gestito un carico da 1 megawatt collegato a una linea elettrica attiva.
La rete elettrica utilizza ancora trasformatori convenzionali basati su un progetto risalente agli anni Ottanta dell'Ottocento: due avvolgimenti di rame, realizzati manualmente intorno a un nucleo d'acciaio, modificano la tensione della corrente alternata. Le unità più grandi vengono costruite su misura per ogni sottostazione e non possono essere prodotte in serie, con tempi di consegna che possono raggiungere diversi anni.
I nuovi dispositivi sostituiscono parte di questa architettura con interruttori a semiconduttore operanti ad alta frequenza. Materiali come il carburo di silicio permettono di realizzare sistemi più piccoli, leggeri e modulari, potenzialmente fabbricabili con processi industriali più vicini a quelli dell'elettronica di potenza. I singoli moduli possono inoltre essere aggiornati o sostituiti senza ricostruire l'intera macchina.
Il vantaggio principale per i centri di calcolo deriva dalla diffusione di architetture in corrente continua. Un trasformatore allo stato solido può ricevere corrente alternata dalla rete locale ed effettuare direttamente la conversione AC/DC, eliminando un dispositivo separato. La distribuzione può così passare attraverso un unico stadio collocato fuori dalla sala dati e proseguire verso i rack, riducendo cablaggi, componenti e problemi di coordinamento tra apparati differenti.
Amperesand, Heron Power e DG Matrix hanno raccolto insieme oltre 280 milioni di dollari per commercializzare questa tecnologia. La produzione in serie potrebbe coinvolgere più aziende rispetto al ristretto gruppo di costruttori specializzati nei grandi trasformatori tradizionali, alleggerendo nel lungo periodo anche la carenza di unità necessarie per ampliare o rinnovare le reti elettriche.
Un gruppo della North Carolina State University ha già dimostrato il funzionamento di un prototipo da 1 megawatt durante la ricarica di una batteria per veicoli elettrici. Il sistema, grande circa 1 x 1,5 x 2 metri, ha ridotto la tensione e convertito simultaneamente la corrente da alternata a continua. Il collaudo si è svolto nel laboratorio dell'Electric Power Research Institute a Lenox, nell'ambito di una collaborazione avviata nel 2018 con la New York Power Authority.
La parte più delicata resta il trasformatore di isolamento ad alta frequenza, progettato per sopportare in un volume compatto l'intera tensione della rete di distribuzione. Restano sfide ingegneristiche e commerciali, ma l'impiego nei centri dati potrebbe consolidare la tecnologia prima della sua diffusione nella ricarica rapida dei veicoli elettrici, nelle reti urbane e nelle abitazioni, dove un numero crescente di dispositivi funziona internamente in corrente continua.
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