I carichi di lavoro dell'HPC (High-Performance Computing) sono in aumento e probabilmente continueranno ad aumentare. Bloomberg prevede che entro il 2032 l'AI generativa raggiungerà il valore di 1.300 miliardi di dollari, mentre le prestazioni delle GPU sono migliorate di mille volte in appena 10 anni con sviluppi che determinano il superamento delle versioni precedenti in tempi sempre più brevi.
Con l'aumento dei carichi di lavoro, gli operatori dei data center devono affrontare anche le sfide legate all'aumento delle fluttuazioni dell'alimentazione causate dai picchi della domanda di energia. Questo li spinge a innovare nell'alimentazione dei data center per supportare in modo efficiente i carichi di lavoro dell'HPC.
Un'alimentazione elettrica affidabile inizia con la garanzia di una catene di alimentazione affidabile e di un funzionamento ininterrotto. Nella catena di alimentazione, i gruppi di continuità (UPS) sono essenziali per l'affidabilità, perché proteggono dalle interruzioni dell'alimentazione fornendo alle apparecchiature IT energia elettrica costante e garantiscono l'efficienza operativa.
Approfondimenti sulla catena di alimentazione dei data center per l'AI
La catena di alimentazione (Figura 1) è una struttura di distribuzione dell'alimentazione dalla rete alle apparecchiature IT; comprende quadri elettrici, UPS, unità di distribuzione dell'alimentazione (PDU) e altri componenti essenziali. Queste tecnologie interagiscono per alimentare i data center.
Figura 1. Diagramma di una catena di alimentazione
Un sistema integrato favorisce il massimo tempo di attività, offrendo soluzioni di alimentazione elettrica e backup affidabili per proteggere dalle interruzioni e garantire un'operatività costante. Per capire l'efficienza di questa configurazione, esploriamo il flusso di energia elettrica ed esaminiamo come ogni tecnologia contribuisce alle funzioni generali:
- Rete elettrica o fonti di energia rinnovabile: Qui nasce l'alimentazione per l'infrastruttura del data center.
- Switch con trasferimento automatico: Passa facilmente alle fonti di alimentazione di backup in caso di interruzione dell'alimentazione principale, garantendo un'operatività continua. Oltre all'UPS, queste fonti di alimentazione di backup comprendono:
- Celle a combustibile: Funzionano con l'idrogeno e si possono usare come fonte di alimentazione principale o ridondante.
- Batterie a lunga durata: Hanno caratteristiche di potenza e resilienza superiori rispetto alle batterie degli UPS tradizionali.
- Switchgear critici: Costituiscono la prima linea di difesa contro i malfunzionamenti esterni, come le fluttuazioni della tensione di rete o i cortocircuiti, inoltrando l'alimentazione alla rete del data center. Fungono anche da misura essenziale di sicurezza, isolando le apparecchiature durante gli interventi di manutenzione o di riparazione.
- UPS: Forniscono alimentazione ausiliaria fondamentale durante le interruzioni dell'alimentazione di rete. Agiscono anche come buffer, assorbendo fluttuazioni e picchi di tensione provenienti dalla rete. Quando la rete di alimentazione si interrompe, si attiva il sistema di stoccaggio dell'energia tramite batteria (BESS).
- BESS: Agiscono come buffer per l'alimentazione e riducono le variazioni di potenza a breve termine. Come gli UPS, possono anche immagazzinare energia come riserva per un'area specifica.
- Commutatori di trasferimento statici: Consentono il trasferimento immediato dei carichi elettrici tra le varie fonti, per un'alimentazione costante e affidabile.
- Unità di distribuzione dell'alimentazione (PDU) e pannello remoto: Distribuiscono l'alimentazione in modo efficiente tra vari nodi di computing e sistemi di archiviazione.
- Busway e rack PDU: Alimentano le apparecchiature IT, soddisfacendo accuratamente la domanda delle risorse di computing installate.
I carichi di lavoro dell'AI stanno rivoluzionando le dinamiche dell'alimentazione in ambito IT, aggiungendo nuove sfide per quanto riguarda la capacità della rete e aumentando la complessità operativa. Nonostante l'aumento delle densità dei rack, l'infrastruttura e le tecnologie di alimentazione dei data center rimangono invariate. Questa situazione spinge i proprietari e gli operatori dei data center a garantire che nel sistema di alimentazione ogni risorsa fornisca senza problemi l'alimentazione di rete ai componenti critici dell'intera infrastruttura.
L'UPS è fondamentale per ridurre le difficoltà in caso di interruzione dell'alimentazione di rete, garantendo un flusso di energia elettrica continuo e affidabile. La scelta del sistema UPS corretto può aiutare gli operatori dei data center a gestire il carico di potenza generato dalle applicazioni dell'HPC.
Ecco come l'UPS gestisce i carichi dell'AI e dell'HPC
L'unità UPS è la spina dorsale del sistema di alimentazione del data center e il suo ruolo è indispensabile nella stabilizzazione dell'alimentazione. Le unità UPS garantiscono l'operatività delle attività di elaborazione critiche, senza interruzioni, attenuando le fluttuazioni dell'alimentazione e agendo come soluzione di backup immediata durante le interruzioni.
Forniscono alimentazione costante e bilanciata
I sistemi di alimentazione trifase possono fornire costantemente livelli superiori di alimentazione bilanciata. In un sistema trifase, ogni fase è separata di 120 gradi (vedere Figura 2), così quando una fase raggiunge il suo picco, le altre due continuano a contribuire evitando diminuzioni della potenza erogata.
Figura 2. Sistemi di alimentazione trifase
Diversamente, i conduttori di fase nei sistemi di alimentazione CA monofase sono sempre distanziati di 180 gradi (vedere la Figura 3). Ci sono quindi cicli in cui non viene erogata alimentazione al carico, perciò sono adatti solo per applicazioni domestiche e commerciali leggere.
Figura 3. Alimentazione CA monofase
Le capacità del sistema trifase di fornire costantemente alimentazione senza interruzioni ne fa la scelta ideale per applicazioni di computing ad alta potenza. L'erogazione di potenza costante e bilanciata può supportare le esigenze spesso mutevoli dei carichi di lavoro dell'AI senza compromettere le prestazioni e senza causare danni alle apparecchiature critiche. Consente anche un migliore utilizzo dell'energia, riducendo gli sprechi e aumentando l'efficienza.
I grandi UPS trifase di Vertiv utilizzano evoluti algoritmi di controllo dell'inverter che campionano e neutralizzano attivamente le armoniche attive presenti nei carichi, affrontando le sfide poste dai carichi dell'AI con picchi e dal loro alto contenuto di armoniche. Queste soluzioni garantiscono un'alimentazione elettrica più pulita, migliorando le prestazioni e l'affidabilità dei sistemi soggetti ai complessi carichi di lavoro dell'AI.
Consente un'alimentazione in CA costante e di alta qualità
I sistemi UPS online a doppia conversione forniscono un'alimentazione CA continua e di alta qualità, essenziale per il buon funzionamento dell'IT. La conversione tra CA e CC protegge questi sistemi da problemi di tensione ed evita possibili danni alle apparecchiature. Inoltre, il robusto bypass interno riduce il rischio di incorrere in tempi di inattività durante la manutenzione o in caso di guasto.
I sistemi UPS online isolano i carichi critici dalle irregolarità dell'alimentazione, proteggendo da tutti i problemi di alimentazione e garantendo che i sistemi AI funzionino con energia stabile e pulita. La capacità di erogare in uscita un'onda sinusoidale perfetta e di azzerare i tempi di trasferimento alla batteria in caso di interruzione dell'alimentazione di rete è essenziale per evitare la perdita di dati e per un'operatività ininterrotta.
L'integrazione della tecnologia di raffreddamento a liquido nei sistemi UPS è fondamentale per un'alimentazione costante, indispensabile ai carichi meccanici nella distribuzione del refrigerante. I sistemi di raffreddamento affidabili garantiscono temperature ottimali alle apparecchiature e alle strutture. Grazie ai sistemi UPS avanzati, gli operatori dei data center possono garantire la continuità operativa dei meccanismi di raffreddamento durante le interruzioni dell'alimentazione: questo evidenzia l'importanza di un'alimentazione costante in ambienti di computing ad alta densità.
Transizioni semplici alle soluzioni di stoccaggio dell'energia
I sistemi UPS grid-interactive funzionano con tecnologie di stoccaggio dell'energia, come quella delle unità BESS, per aiutare a gestire le esigenze di alimentazione dalle applicazioni dell'AI. Assicurano l'alimentazione in qualsiasi, momento, anche in caso di interruzione o di alta domanda. Grazie alle capacità di riserva ad alta frequenza (FFR), le unità UPS reagiscono rapidamente alle fluttuazioni della domanda per una transizione agevole e senza interruzioni all'energia immagazzinata. Questo è fondamentale per i data center con carichi di lavoro AI e HPC.
L'unità BESS funziona insieme all'UPS per bilanciare il carico dell'AI, immagazzinando energia aggiuntiva quando la domanda è bassa e rendendola disponibile durante i picchi per garantire la continuità operativa dell'AI ("peak shaving"). Questa combinazione evita i sovraccarichi, garantisce l'efficienza operativa e riduce la dipendenza dalle fonti di alimentazione tradizionali.
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I sistemi UPS ad alta capacità possono aiutare a gestire gli alti carichi che l'AI determina per i data center, fungendo da solida base per l'intero sistema di alimentazione. Prepararsi per i crescenti requisiti dei carichi di lavoro dell'AI e dell'HPC richiede però molto più di un UPS affidabile.
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