W erze transformacji cyfrowej obciążenia związane z przetwarzaniem danych wysokiej wydajności (HPC) nieustannie rosną, a w najbliższym czasie nie widać oznak spowolnienia. Według aktualnych prognoz Bloomberg, sztuczna inteligencja generatywna ma osiągnąć wartość 1,3 biliona dolarów do 2032 roku, podczas gdy wydajność GPU wzrosła tysiąckrotnie w ciągu zaledwie 10 lat, a rozwój szybko przewyższa poprzednie wydania w coraz krótszych odstępach czasu.
Gwałtownie rosnące obciążenia stawiają operatorów centrów danych przed wyzwaniami związanymi ze zwiększonymi wahaniami mocy wynikającymi ze skoku zapotrzebowania na energię. Obecna sytuacja skłania ich do wprowadzania innowacji w zakresie zasilania centrum danych, aby zapewnić efektywną obsługę obciążeń HPC.
Kluczem do sukcesu jest zapewnienie stabilnego układu zasilania i zapewnienie ciągłości biznesowej. Jednym z elementów układu zasilania są zasilacze awaryjne (UPS), które są niezbędne do zapewnienia niezawodności, ochrony przed przerwami w dostawie prądu, płynnego dostarczania energii elektrycznej do sprzętu IT i utrzymania wydajności operacyjnej.
Kluczowe komponenty układu zasilania centrum danych dla AI
Podstawą całego systemu jest układ zasilania (patrz Rysunek 1) - zaawansowany system dystrybucji energii od źródła sieciowego do sprzętu IT, składający się z rozdzielnic, zasilaczy UPS, jednostek dystrybucji zasilania (PDU) i innych istotnych komponentów. Każdy z elementów współpracuje z sobą w sposób skoordynowany, tworząc sprawny mechanizm dostarczania energii elektrycznej do centrów danych.
Rysunek 1. Diagram układu zasilania
Na co dzień zintegrowany system zapewnia maksymalny czas działania, oferując niezawodne zasilanie elektryczne i rozwiązania zapasowe zabezpieczające przed awariami i utrzymujące ciągłość pracy. Aby zrozumieć zasadę działania tego układu, przyjrzyjmy się przepływowi energii elektrycznej i zbadamy rolę poszczególnych technologii:
- Sieć energetyczna lub odnawialne źródło energii stanowi podstawowe zasilanie infrastruktury centrum danych.
- Automatyczny przełącznik źródła zasilania. W razie awarii system płynnie przełącza się na zapasowe źródła zasilania, zachowując ciągłość operacji. System zasilania awaryjnego, oprócz zasilacza UPS, obejmuje następujące źródła zapasowe:
- Ogniwa paliwowe oparte na wodorze, mogą służyć jako główne lub nadmiarowe źródła zasilania.
- Akumulatory długiego działania zapewniają znacznie wyższą wydajność i odporność niż tradycyjne baterie UPS.
- Krytyczna rozdzielnica. Wielopoziomowy system zabezpieczeń chroni przed zewnętrznymi usterkami, takimi jak wahania napięcia sieciowego lub zwarcia, kierując zasilanie do sieci centrum danych. Stanowi również istotny środek bezpieczeństwa, izolujący urządzenia podczas konserwacji lub napraw.
- Zasilacz UPS zapewnia krytyczne zasilanie awaryjne podczas przerw w dostawie prądu. Dodatkowo pełni funkcję bufora, który chroni przed wahaniami lub skokami napięcia pochodzącymi z sieci. W przypadku awarii sieci energetycznej przełącza się na system magazynowania energii w akumulatorach (BESS).
- BESS zapewnia buforowanie zasilania i wygładza krótkoterminowe wahania zasilania. Podobnie jak zasilacz UPS, funkcjonuje jako magazyn energii stanowiący rezerwę dla zlokalizowanego obszaru.
- Statyczne przełączniki źródeł zasilania. Umożliwiają natychmiastowe przełączanie obciążeń elektrycznych między źródłami zasilania, gwarantując tym samym ciągłe i niezawodne zasilanie.
- Listwy rack PDU i panel zdalny. Odpowiadają za efektywną dystrybucję zasilania do różnych węzłów przetwarzania danych i systemów pamięci masowej.
- Szynoprzewód i listwa rack PDU. Realizują dostawę zasilania do sprzętu IT, w dokładny sposób spełniając zapotrzebowanie zainstalowanych zasobów przetwarzania danych.
Obciążenia AI wprowadzają zmiany w dynamice zasilania w IT, dodając nowe wyzwania dla wydajności sieci i złożoności operacyjnej. Mimo rosnącej gęstości mocy w szafach rack, infrastruktura zasilania centrum danych i technologie pozostają niezmienne. Ta sytuacja wymaga od właścicieli i operatorów centrów danych zagwarantowania, że każdy element w łańcuchu zasilania płynnie dostarcza energię od sieci zasilającej do krytycznych komponentów całej infrastruktury.
Zasilacz UPS odgrywa kluczową rolę w łagodzeniu zakłóceń podczas przerw w dostawie prądu, zapewniając ciągły i niezawodny przepływ energii elektrycznej. Wybór odpowiedniego systemu UPS pozwala operatorom centrum danych skutecznie zarządzać obciążeniem energetycznym związanym z aplikacjami HPC.
Jak UPS zarządza obciążeniem AI i HPC
Jednostka UPS jest fundamentem łańcucha zasilania centrum danych, odgrywając niezbędną rolę w stabilizacji dostaw energii. Zasilacze UPS gwarantują ciągłość krytycznych zadań obliczeniowych dzięki łagodzeniu wahań zasilania i zapewnianiu natychmiastowego zasilania awaryjnego podczas przerw w dostawie prądu.
Dostarcza spójne i zrównoważone zasilanie
Systemy zasilania trójfazowego zapewniają w sposób konsekwentny wyższe poziomy zrównoważonego zasilania. Każdy prąd w systemie trójfazowym jest oddzielony o 120 stopni (patrz Rysunek 2), co gwarantuje, że gdy jedna faza osiąga szczyt, dwie pozostałe wciąż dostarczają energię, eliminując ryzyko spadków w dostawie.
Rysunek 2. Trójfazowe systemy zasilania AC
Z drugiej strony, elementy przewodzące prąd w jednofazowych systemach zasilania AC zachowują stałe przesunięcie o 180 stopni (patrz Rysunek 3). W rezultacie występują cykle, w których nie jest dostarczana żadna energia do obciążenia, przez co ich zastosowanie ogranicza się do instalacji domowych i lekkich zastosowań komercyjnych dla przyzwoitego zasilania.
Rysunek 3. Jednofazowe zasilanie prądem przemiennym
Charakterystyka możliwości systemu trójfazowego w zakresie ciągłego dostarczania energii bez żadnych przerw sprawia, że jest to optymalne rozwiązanie dla aplikacji przetwarzania danych o wysokiej mocy. Stałe i zrównoważone dostarczanie energii zapewnia obsługę często zmieniających się wymagań obciążeń AI bez kompromisów w wydajności lub powodowania uszkodzeń krytycznego sprzętu. To rozwiązanie umożliwia również optymalne wykorzystanie energii, zmniejszając straty mocy i zwiększając efektywność.
Duże trójfazowe zasilacze UPS firmy Vertiv wykorzystują zaawansowane algorytmy sterowania falownikiem, które aktywnie próbkują i neutralizują problemy związane ze „skokowymi” obciążeniami AI. Te rozwiązania dostarczają czystsze zasilanie, zwiększając wydajność i niezawodność systemów wykonujących złożone zadania AI.
Umożliwia ciągłe i wysokiej jakości zasilanie prądem przemiennym
Systemy UPS z podwójną konwersją online gwarantują ciągłe, wysokiej jakości zasilanie prądem przemiennym, niezbędne dla płynnych operacji IT. Konwersja między AC i DC zabezpiecza te systemy przed problemami z napięciem i eliminuje ryzyko uszkodzeń sprzętu. Ponadto posiadają one wbudowane solidne wewnętrzne obejście (bypass), które minimalizuje ryzyko przestoju podczas konserwacji lub awarii.
Systemy UPS online izolują krytyczne obciążenia od nieprawidłowości w zasilaniu, dzięki czemu chronią przed wszystkimi problemami z zasilaniem i zapewniają stabilne warunki pracy systemów AI na czystej energii. Ich zdolność do utrzymywania idealnego kształtu sinusoidalnego na wyjściu i zapewniania zerowego czasu przełączania na zasilanie akumulatorowe podczas awarii stanowi kluczowy element zapobiegania utracie danych i gwarantowania nieprzerwanej pracy.
Integracja technologii chłodzenia cieczą w systemach UPS jest nieodzowna dla zapewnienia ciągłego zasilania, które jest niezbędne dla obciążeń mechanicznych w dystrybucji chłodziwa. Niezawodne systemy chłodzenia utrzymują optymalne temperatury dla sprzętu i obiektów. Zaawansowane zasilacze UPS pozwalają operatorom centrów danych utrzymać ciągłość działania mechanizmów chłodzenia podczas awarii zasilania, podkreślając tym samym kluczową rolę stałego zasilania w środowiskach przetwarzania danych o dużej gęstości mocy.
Rozwiązanie umożliwia płynne przejście do systemów magazynowania energii.
Interaktywne systemy UPS współpracują z technologiami magazynowania energii, takimi jak BESS, aby pomóc w zarządzaniu zapotrzebowaniem aplikacji AI na energię elektryczną. Rozwiązania te gwarantują nieprzerwane zasilanie, nawet podczas przerw w dostawie prądu lub w okresach wysokiego zapotrzebowania. Dzięki możliwościom szybkiej rezerwy częstotliwości (FFR), jednostki UPS błyskawicznie reagują na wahania podaży i popytu, zapewniając płynne przejście na zmagazynowaną energię bez zbędnych przestojów. Stanowi to podstawę działania centrów danych obsługujących intensywne obciążenia AI i HPC.
BESS współpracuje z UPS przy równoważeniu obciążenia AI, gromadząc dodatkową energię w okresach niskiego zapotrzebowania i wykorzystując ją w okresach szczytowych, aby utrzymać zasilanie operacji AI (nazywane również „peak shaving”). Takie połączenie eliminuje ryzyko przeciążeń, gwarantuje wydajność operacyjną i minimalizuje zależność od tradycyjnych źródeł zasilania.
Optymalne zasilanie wdrożeń AI/HPC
Systemy UPS o wysokiej wydajności mogą pomóc w zarządzaniu obciążeniami AI w centrach danych, służąc jako solidny rdzeń dla całego układu zasilania. Jednakże przygotowanie się na wymagania rosnących obciążeń AI i HPC wymaga czegoś więcej niż tylko niezawodnego zasilacza UPS.
Vertiv oferuje kompleksowe rozwiązanie, które łączy wszechstronne wsparcie i wiedzę specjalistyczną na potrzeby centrów danych obsługujących obciążenia AI i inne obciążenia HPC. Dostarczamy pełną gamę produktów i technologii branżowych dla AI/HPC. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz najnowszych technologii, czy modernizacji systemów dla większych gęstości mocy, zapewniamy odpowiednie rozwiązanie.
Odkryj możliwości wysokiej gęstości
Implementacja rozwiązań wysokiej gęstości może przebiegać płynnie. Vertiv oferuje zaawansowane rozwiązania opracowane we współpracy z liderami branży do zasilania i chłodzenia najbardziej wymagających wdrożeń. Już dziś rozpocznij z Vertiv swoją ewolucję AI.
