Conception d’usines d’IA : des conceptions à haute densité aux usines d’IA complètes

Point de départ pour la conception d’un centre de données

Une conception de référence pour centre de données est un plan pré-validé et entièrement conçu qui définit comment l’alimentation électrique, le refroidissement et l’infrastructure informatique doivent être organisés pour construire un centre de données fiable, évolutif et prêt pour l’IA.

Utilise des mises en page éprouvées et standardisées.
Garantit la compatibilité de l’infrastructure.
Réduit les risques lors du déploiement.
Prend en charge les charges de travail d’IA.
Permet une construction plus rapide des sites de centres de données.

En étroite collaboration avec tous les principaux fabricants processeurs graphiques (GPU), de processeurs de traitement du texte (TPU), et de serveurs, ainsi qu’avec les intégrateurs, nous continuons à enrichir notre bibliothèque de conceptions de référence entièrement développées afin de répondre à l’évolution rapide du secteur. L’IA exige davantage de « conceptions de référence » : c’est ce que nous proposons.

Si votre infrastructure existante est basée sur le courant alternatif, la question à court terme n’est pas de savoir s’il faut tout remplacer, mais où introduire la conversion en courant continu et à quelle distance du bâtis vous pouvez la placer. Le compromis pratique consiste à choisir entre préserver la distribution du courant alternatif en amont, ajouter des modules d’alimentation adjacents au bâti et réserver suffisamment d’espace physique et électrique pour supporter les futures charges de 800 V CC. Les solutions de type module d’extension ou bâti d’alimentation permettent aux opérateurs d’héberger des équipements fonctionnant en 800 V CC sans avoir à convertir l’ensemble du centre de données en courant continu, ce qui est important car l’adoption précoce du 800 V CC concernera des clusters d’IA spécifiques à haute densité, et non l’ensemble des charges du bâtiment. De futures extensions de plus grande envergure pourraient justifier une prise en charge plus centralisée du 800 V CC, mais il s’agirait alors d’une optimisation à l’échelle de la salle de données ou du cluster, plutôt que d’une exigence à court terme pour l’ensemble du site.

Le principal compromis ici est celui entre flexibilité et isolement. Une chaîne d’alimentation partagée peut donner aux opérateurs plus de marge de manœuvre les jours où la charge mécanique diminue (par exemple, lorsque les refroidisseurs ne fonctionnent pas autant et qu’une plus grande partie de la capacité disponible peut supporter la charge informatique). Une architecture séparée offre au côté informatique une limite plus nette pour les changements futurs, y compris les mises à niveau 800 V CC, mais elle rend également la puissance mécanique plus difficile à réaffecter car cette capacité se trouve à l’intérieur de son propre circuit. Avant de s’engager sur l’une ou l’autre structure, les opérateurs doivent tester la résistance des modes de fonctionnement saisonniers, des scénarios d’entretien, de la charge du générateur, des chemins d’alimentation des unités de distribution d’énergie et de la répartition prévue entre les systèmes informatiques refroidis par air, refroidis par liquide et alimentés en courant continu à l’avenir.

Il existe deux options possibles, et le choix de la bonne dépend de la capacité de la charge de travail à supporter une interruption. Pour les tâches d’inférence à haute disponibilité ou les charges de travail qui ne peuvent pas être transférées sans heurts vers un autre site, l’onduleur reste la couche de protection la plus proche, car il assure une alimentation ininterrompue pendant les coupures, une protection contre les perturbations de courte durée et le lissage de la charge pour l’IA. Le système de stockage d’énergie par batterie (BESS) joue un rôle différent : il prend en charge les services de réseau, la limitation de puissance, l’utilisation des énergies renouvelables, le stockage d’énergie sur une plus longue durée et le lissage de la charge. Une distinction utile réside dans le fait que le BESS peut généralement stocker une à deux heures d’énergie et agit davantage comme une source d’énergie interactive. En résumé, le BESS peut être utilisé pour renforcer la stratégie énergétique d’un site, mais il ne faut pas supposer qu’il remplace l’onduleur tant que les exigences en matière de charge de travail et de maintien de l’alimentation ne sont pas connues.

Les modules préfabriqués peuvent couvrir bien plus que les groupes électrogènes, mais les opérateurs doivent réfléchir aux activités sur site qu’ils souhaitent retirer du chemin critique. Les principaux éléments préfabriqués peuvent inclure des appareillages moyenne tension, des E-Houses, des chaînes d’alimentation basse tension, des modules d’alimentation, des modules informatiques, des bâtis intégrés, des groupes frigorifiques compacts avec pompes intégrées, ainsi que certains ensembles de tuyaux ou de couloirs de service. L’intérêt pratique réside dans la réduction de la coordination sur le terrain entre les entrepreneurs-électriciens, les entrepreneurs en mécanique, les gestionnaires de construction et les équipes de mise en service. Les modules d’alimentation peuvent intégrer des onduleurs, des appareillages de commutation, des batteries, des commutateurs de transfert automatique et des logiciels de gestion, avec des configurations répertoriées comprenant des modèles de 1 250 kW à 480 V/60 Hz et de 2 MW ; 2,25 MW et 2,5 MW à 400 V.

Une manière utile d’envisager les conceptions de référence n’est pas de les opposer à des conceptions « standard ou personnalisées », mais plutôt à des conceptions « point de départ validé ou ingénierie à partir de zéro ». Les conceptions de référence compatibles avec l’IA peuvent raccourcir le cycle de planification en fournissant aux équipes de projet une base pré-conçue pour l’alimentation, le refroidissement, l’agencement informatique et l’intégration des commandes. Les conceptions de référence actuelles de Schneider Electric comprennent des clusters d’IA refroidis par liquide NVIDIA GB200 NVL72 de 7,392 MW, des conceptions NVIDIA GB300 NVL72 de 7,536 MW, des conceptions Vera Rubin NVL72 de 10 MW à 12,4 MW et des solutions d’IA préfabriquées à 12 bâtis de 1 MW. En contrepartie, les éléments modulaires peuvent être préfabriqués en grandes quantités, tandis que l’architecture complète du site nécessite toujours une intégration au niveau de l’interconnexion des services publics, des installations mécaniques, de la distribution moyenne tension, de la stratégie de déploiement informatique et du séquencement de la construction.

Vous pouvez utiliser une capacité redondante pour augmenter la puissance de calcul, mais les opérateurs doivent considérer cela comme une décision relative au mode de fonctionnement plutôt que comme une capacité disponible. Les installations traditionnelles à entretien simultané réservent une marge de manœuvre électrique et mécanique permettant la mise hors service des systèmes pour entretien, tandis que la charge informatique dédiée reste en ligne. L’IA modifie la pression économique car la capacité du réseau, la vitesse de déploiement et la demande de calcul rendent plus difficile la justification des capacités redondantes inutilisées. Par exemple, une installation conçue pour supporter une charge informatique de 200 MW pendant un entretien simultané peut physiquement supporter un point de fonctionnement plus élevé, de 240 MW par exemple, mais la puissance de calcul supplémentaire provient d’une capacité qui protégeait auparavant les scénarios d’entretien et de panne. La véritable question est de savoir si l’entreprise accorde plus de valeur aux jetons supplémentaires par installation qu’à la stratégie de redondance initiale. Avant de réduire les marges, définissez explicitement l’état de fonctionnement : mode redondant normal, mode à haut débit, mode d’entretien et mode de réponse aux pannes.

La charge de travail devrait guider la conception une fois que l’opérateur sait si le site prendra en charge la colocation générale, les clients de néo-nuages à haute densité, les clusters d’entraînement, les plateformes d’inférence ou une combinaison de ces modèles. Une installation de colocation générale peut avoir besoin de préserver des options au niveau de l’alimentation électrique et du refroidissement en grande quantité jusqu’à ce que les besoins des locataires soient clairement définis. Une infrastructure en nuage dédiée à l’IA ou une usine d’IA monofonctionnelle peuvent être conçus directement autour d’une feuille de route connue pour les processeurs graphiques, d’une topologie de cluster, d’une densité de bâtis et des exigences en matière de refroidissement. L’offre de centres de données d’IA de Schneider Electric aborde le même problème autour d’une infrastructure intégrée pour le refroidissement, l’alimentation, les logiciels, les systèmes de modules et de bâtis, et les services de cycle de vie pour les charges de travail d’IA hautes performances.

Ne concevez pas l’ensemble du centre de données comme si chaque charge allait fournir 800 V CC. La question pratique qui se pose est de savoir à quel endroit la tension de 800 V CC est intégrée à l’architecture et quelle doit être la taille du bloc de conversion de courant continu. Les premiers déploiements peuvent utiliser des modules latéraux adjacents aux bâtis, souvent alignés sur un ou deux bâtis du processeur graphique, à l’intérieur d’un centre de données de courant alternatif, sans nécessiter de travaux de modernisation importants en amont. De futurs clusters plus importants pourraient justifier des blocs centralisés de 800 V CC dans la gamme de 2 MW à 5 MW, potentiellement extensibles à des blocs plus importants, tandis que des architectures à plus long terme pourraient amener la moyenne tension dans une conversion basée sur un transformateur à semi-conducteurs à une échelle d’environ 10 MW. Les architectures 800 V CC permettent de gérer les densités de bâtis dépassant 400 kW en déplaçant la conversion CA vers CC hors du bâtis informatique et en utilisant des bâtis d’alimentation ou des modules d’extension pour réduire les perturbations dans les installations existantes fonctionnant en courant alternatif.

Le principal compromis réside dans l’opposition entre l’isolation et le partage dynamique des capacités. Des groupes de chaînes de production d’alimentation séparés peuvent simplifier les frontières entre l’infrastructure informatique et l’infrastructure de refroidissement, en particulier lorsque les grands refroidisseurs, les unités de distribution d’énergie et les salles de données ne sont pas parfaitement alignés. L’infrastructure partagée peut préserver la flexibilité dans des conditions de refroidissement naturel, car la capacité mécanique inutilisée peut être redirigée vers la charge informatique si le transformateur et l’architecture en aval le permettent. Le risque lié à une séparation complète est celui de la puissance inutilisée : si la charge mécanique diminue alors que le transformateur informatique fonctionne déjà à sa limite, l’opérateur ne peut pas récupérer cette capacité de refroidissement inutilisée pour le calcul. Écart à combler : ce choix de conception nécessite une modélisation spécifique au site concernant la taille de la salle informatique, la taille du bloc de refroidissement, l’affectation des transformateurs, l’objectif de redondance et les modes de fonctionnement saisonniers avant de devenir une norme défendable.

La modélisation électrique, des flux d’air et des flux de liquides doit être effectuée avant de finaliser la conception, car chaque modèle traite d’une classe de défaillance différente. La modélisation électrique permet de valider les courants de défaut, les dispositifs de protection, la sécurité et la fiabilité, ainsi que de simuler des scénarios hypothétiques liés à l’entretien ou à l’augmentation de la charge. La simulation CFD ou la simulation des flux d’air valide le confinement, la capacité côté air et le comportement de refroidissement redondant. La modélisation des tuyaux et des flux de fluides permet de vérifier si chaque bâti reçoit le débit de liquide de refroidissement requis en mode normal, en mode redondant et en mode entretien. La prochaine étape consiste à coupler le comportement de la charge informatique à celui des installations, afin que les fluctuations de charge générées par l’IA puissent se répercuter sur les systèmes d’alimentation, les unités de distribution d’énergie (CDU), les commandes des groupes de refroidissement et les circuits de refroidissement avant que le site ne fonctionne sous une charge réelle.

Le modèle devrait débuter par la conception et évoluer vers une analyse opérationnelle de scénarios à mesure que des données réelles deviennent disponibles. Un modèle statique de type ETAP peut déjà prendre en charge des scénarios hors ligne tels que les commutations d’entretien, l’ajout d’équipements ou les tests visant à déterminer si une configuration met à rude épreuve l’infrastructure électrique. Le modèle opérationnel plus robuste relie les données de charge réelles à la couche de simulation afin que les opérateurs puissent évaluer ce qui se passe lorsque les refroidisseurs sont mis hors service, que les charges changent ou que de grands clusters d’IA augmentent de puissance avant d’effectuer des modifications sur le terrain. EcoStruxure Power Monitoring Expert prend en charge l’analyse de la puissance, l’analyse des formes d’onde des perturbations de tension, le regroupement des alarmes, le suivi de la capacité du système et l’analyse de la qualité de l’alimentation, tandis qu’EcoStruxure IT prend en charge la surveillance, la planification, la modélisation, l’analyse de la puissance et de l’énergie et l’optimisation du refroidissement.