KI-Fabriken-Simulation
Mithilfe von KI-Fabriken können Unternehmen Stromversorgungs- und Kühlungskonzepte testen und validieren, bevor mit dem Bau begonnen wird, um sicherzustellen, dass die Systeme richtig dimensioniert, platziert und aufeinander abgestimmt sind. Dadurch lassen sich kostspielige Nacharbeiten und infrastrukturelle Einschränkungen vermeiden.
Mithilfe von KI‑gestützten digitalen Zwillingen können Teams elektrische Kapazität, thermisches Verhalten, Luftströmung und Steuerungsstrategien bereits in einem frühen Stadium bewerten – noch vor Baubeginn. Durch die Simulation verschiedener‑„Was-wäre-wenn“-Szenarien können Unternehmen die Sicherheit ihrer Infrastruktur überprüfen, die Dimensionierung optimieren und Daten generieren‑für die Zustimmung von Stakeholdern und Führungskräften.
Die Simulation von Entwürfen für KI-Fabriken ist besser, als Probleme zu beheben, nachdem die Architektur bereits festgelegt wurde, da dadurch potenzielle Verzögerungen minimiert und die Kosten für Erweiterungen oder Verbesserungen gesenkt werden können.
Dieser Ansatz vereint die Fähigkeiten des digitalen Zwillings und des Informationsmanagements von AVEVA als Integrationsschicht auf Systemebene und nutzt OpenUSD, um die domänenübergreifende Interoperabilität zwischen Planung, Technologie und Betrieb zu ermöglichen. In dieser Umgebung modelliert einelektrischer digitaler Zwilling von ETAPdas Stromversorgungsverhalten vom Netz bis zum Rack sowie Ausfallszenarien. NVIDIA Omniverse ermöglicht Echtzeitvisualisierung und kollaborative Simulation, und EcoStruxure™ IT Design CFDliefert präzise Analysen zu Luftstrom und Wärmeverhalten.
Lebenszyklus, KI, Fabrik, digitaler Zwilling
Eine einzige, zuverlässige Datenquelle zur Abstimmung von mechanischen, elektrischen und IT-Steuerungen dank der OpenUSD-Simulation des Datacenters.
KI-Fabriken haben häufig mit unklaren Leistungskapazitäten, einer Mischung aus Luft- und Flüssigkeitskühlung, voneinander getrennten Arbeitsabläufen der Teams sowie langwierigen Überprüfungsverfahren zu kämpfen, was zu Verzögerungen und kostspieligen Nacharbeiten führt.
Stromversorgungsstabilität und Sicherheit
Da KI-Cluster einen stark schwankenden Strombedarf haben, sind sie instabil. Mithilfe von ETAP- und Omniverse-Simulationen können die Teams Fehler-, Schutz- und Schaltszenarien vor der Umsetzung sicher testen, um Risiken zu minimieren.Simulationen verringern die Trennung zwischen Planung und Betrieb, indem sie es Teams ermöglichen, Betriebsszenarien bereits vor Baubeginn durchzuspielen. Ein nützliches KI-Modell für Fabriken kann mehr als nur einen 3D-Raum darstellen; es verknüpft Geometrie, technische Eigenschaften sowie aktuelle oder historische Betriebsdaten, sodass die Teams die Platzierung, das Stromverbrauchsverhalten, den Luftstrom, die Kühlleistung, bauliche Einschränkungen und die Auswirkungen der Arbeitslast testen können, bevor physische Änderungen kostspielig werden.
Dies ist von Bedeutung, da KI-Datacenter nahe an den Infrastrukturgrenzen betrieben werden; dort können bereits geringfügige Annahmen beim Design den nutzbaren Token-Ausstoß verringern, Strom- oder Kühlkapazitäten ungenutzt lassen oder konservative Betriebsmargen erzwingen. Der praktische Nutzen liegt darin, bereits in der Planungsphase „betriebsnahe“ Szenarien zu testen: Rack-Umstellungen, Austausch von Beschleunigern der nächsten Generation, höhere Leistungsdichte, verschiedene CDU-Auswahlen, Änderungen am Primärkreislauf, Annahmen zur adiabatischen Kühlturmkühlung sowie KI-Anwendungsprofile.
Separate Tools eignen sich zwar für die punktuelle Analyse, versagen jedoch, wenn mehrere Benutzer einen gemeinsamen Überblick über dieselbe Anlage, dieselben Anlagenkomponenten und denselben Betriebszustand benötigen. Bei der Planung von KI-Fabriken müssen CFD-Simulationen, Leistungssimulationen, technische Dokumentationen, Anlagenmodelle, IT-Telemetrie, OT-Telemetrie und Betriebsdaten auf die tatsächlichen Anlagen abgestimmt werden.
Ohne eine gemeinsame Integrationsschicht erstellt jedes Tool seinen eigenen Arbeitsbereich, seine eigene Namenskonvention und sein eigenes Datenmodell, was die Teams dazu zwingt, die Anlagen manuell abzugleichen. OpenUSD bietet die Standardisierungsschicht für die Anbindung von 3D-Geometrie an verschiedene Datenquellen und Solver. Schneider Electric, AVEVA und ETAP sind der Alliance for OpenUSD beigetreten, um Software-Interoperabilität, industrielle Simulation, kollaboratives Design und KI-Infrastruktursysteme zu unterstützen.
Die Token-Ausgabe hängt davon ab, was innerhalb des Rechner-Stacks geschieht; daher benötigt das Modell Einblick unterhalb der Rack-Ebene. Die CPU-Auslastung, die Speicherauslastung, die GPU-Auslastung, das Netzwerkverhalten, die Festplattenaktivität und der Status der Arbeitslast helfen dabei, Zusammenhänge zwischen dem IT-Verhalten und den Folgen für die Betriebstechnik (OT) wie Stromverbrauch, Wärmeabgabe, Durchflussanforderungen und thermische Risiken herzustellen.
Eine Abstraktion auf Rack-Ebene lässt außer Acht, ob eine bestimmte Anwendung, ein Knoten oder das Verhalten einer Komponente den Zustand der Infrastruktur bestimmt. Aus diesem Grund muss die Simulation einer KI-Fabrik IT- und OT-Daten kombinieren: Die Anlage schafft keinen Mehrwert, indem sie Räume kühlt; die Anlage schafft Mehrwert, indem sie es ermöglicht, dass teure Rechenracks mit der höchstmöglichen sicheren Auslastung betrieben werden. Die Referenzdesigns von Schneider Electric und NVIDIA verknüpfen das Design von KI-Fabriken explizit mit Betriebspunkten wie MaxP und MaxQ, wobei MaxQ mehr Token pro Watt ermöglicht, wenn Leistungsbeschränkungen eine Optimierung der Rechenleistung erfordern.
Mithilfe von CFD-Simulationen lassen sich Luftströmung, Temperatur, Geschwindigkeit, Druck und das Kühlverhalten sowohl im Vergleich zum Referenzszenario als auch in Was-wäre-wenn-Szenarien untersuchen. Der praktische Anwendungsfall ist einfach: Man beginnt mit einem Ausgangszustand des Raums, erhöht die KI-Auslastung oder verlagert die thermische Last von einem Rack-Standort auf einen anderen und überprüft, ob der Kaltluftstrom, die Kühlleistung und die Containment-Strategie die Last weiterhin bewältigen können. In luftgekühlten oder hybriden Umgebungen erfordert ein „Was-wäre-wenn“-Szenario nicht immer eine vollständige Neuverkabelung oder Neuverlegung; das Modell kann das Verlustleistungsprofil verschieben und das daraus resultierende thermische Verhalten testen.
Mithilfe von Leistungssimulationen lässt sich quantifizieren, wie sich ein Ausfall oder ein Wartungszustand auf die nutzbare IT-Kapazität auswirkt. Ein praktisches Szenario ist eine ausgefallene Fernsteuerungseinheit in Verbindung mit einem zweiten Element, das in den Wartungsmodus wechselt. Die Simulation kann aufzeigen, ob die Anlage weiterhin die erforderliche Redundanz aufweist und in welchem Umfang die IT-Leistung gedrosselt werden muss, um das N+1-Verhalten aufrechtzuerhalten.
Diese Ergebnisse können dann vor Beginn des Betriebs in Regeln für die Arbeitslastplanung, Leistungsbegrenzungen oder Frequenzreduzierungen einfließen. Die Funktionen von ETAP für elektrische digitale Zwillinge unterstützen die Entwicklung und Simulation komplexer elektrischer Systeme, dynamische Was-wäre-wenn-Szenarioanalysen, die Echtzeit-Überwachung der Leistung elektrischer Infrastrukturen, die Optimierung der Energieeffizienz, die vorausschauende Instandhaltung sowie die Infrastrukturplanung auf Basis des Stromverbrauchs.
Mithilfe von Simulationen lassen sich die Auswirkungen des Austauschs einer GPU-Generation gegen eine andere bewerten, indem vor der Beschaffung oder dem Bau die Folgen für den Stromverbrauch, die Kühlung und die Konstruktion getestet werden. Ein praktisches Beispiel ist die Auswahl eines Racks im Modell und das Testen einer zukünftigen Plattform mit höherer Dichte und größerem Gewicht, um zu prüfen, ob der Boden, die Rohrdimensionierung, der Kühlkreislauf und die elektrische Infrastruktur diese Änderung bewältigen können.
Dies ist von Bedeutung, da KI-Fabriken schneller modernisiert werden als herkömmliche Anlagen, und Rack-Plattformen der nächsten Generation können Auswirkungen auf Gewicht, Wärmeabgabe, Rohrdimensionierung, Durchflussanforderungen und Leistungsdichte haben.
Simulationen werden für KI-Fabriken zu einer praktischen Notwendigkeit, da die Kosten konservativer Annahmen oder Konstruktionsfehler zu hoch sind. Wenn ein Rack mit hoher Leistungsdichte nur zu 90 % ausgelastet werden kann, weil das Betriebsteam Bedenken hinsichtlich der Kühlung, der Stromversorgung oder der Redundanzreserven hat, verschenkt der Betreiber Kapazitäten bei der wertvollsten Anlage im Gebäude.
KI-Fabriken erfordern Simulationen, da die Anlagenplanung, das Arbeitsaufkommen und die Auslastung eng miteinander verknüpft sind. ETAP-Leistungssimulation, CFD, Echtzeit-Telemetrie und visuelle Was-wäre-wenn-Szenarien helfen den Betreibern dabei, die Bedingungen zu testen, die darüber entscheiden, ob die KI-Fabriken sicher nahe am Limit betrieben werden können.OpenUSD-basierte digitale Zwillinge beheben zudem das Problem isolierter Daten und Tools, indem sie systemübergreifende Schlussfolgerungen über Design, Bau und Betrieb hinweg ermöglichen.
Skalierung von KI-gestützten digitalen Zwillingen mit OpenUSD
In dem Whitepaper wird erläutert, warum Schneider Electric OpenUSD und NVIDIA Omniverse für KI-gestützte digitale Zwillinge über den gesamten Lebenszyklus von Datacentern hinweg unterstützt.
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800-VDC-Architekturen, Stromversorgung auf Rack-Ebene und ausfallsichere Energieverteilung.
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