Tehosta tekoälytehtaan suunnittelua testattujen infrastruktuurisuunnitelmien avulla

datahallin tai klusterin mittakaavassa tehtävä optimointi kuin koko laitoksen lyhyen aikavälin vaatimus. Jos nykyinen infrastruktuuri perustuu vaihtovirtaan, lähitulevaisuuden kysymys ei ole se, pitäisikö vanha järjestelmä purkaa ja korvata kokonaan, vaan se, mihin kohtaan ja kuinka lähelle räkkiä tasavirtamuuntaja tulisi sijoittaa. Käytännössä on tehtävä valinta tulopuolen vaihtovirtajakelun säilyttämisen, räkkien viereen asennettavien sivukytkentöjen lisäämisen sekä tulevia 800 VDC:n kuormia varten tarvittavan fyysisen ja sähköisen tilan varaamisen välillä. Sivukytkentä- tai virtaräkkiratkaisujen avulla operaattorit voivat ottaa käyttöön 800 VDC:n laitteita ilman, että koko datakeskusta tarvitsee muuttaa tasavirtajärjestelmäksi. Tämä on merkittävää, sillä 800 VDC:n käyttöönotto kohdistuu aluksi tiettyihin tiheisiin tekoälyklustereihin, ei rakennuksen kaikkiin kuormituksiin. Keskitetympi 800 VDC:n tuki voi olla perusteltu tulevien suurempien laajennusten myötä, mutta siitä tulee ennemmin

Tässä on kyse valinnasta joustavuuden ja erottelun välillä. Yhteinen virtaketju voi tarjota operaattoreille enemmän liikkumavaraa päivinä, jolloin mekaaninen kuormitus laskee (esim. kun jäähdytyslaitteiden ei tarvitse toimia täydellä teholla ja suurempi osa käytettävissä olevasta kapasiteetista voidaan ohjata IT-kuormituksen tukemiseen). Erillinen arkkitehtuuri tarjoaa IT-puolelle selkeämmän rajan tulevia muutoksia varten, mukaan lukien päivitykset 800 VDC:n järjestelmiin, mutta se myös vaikeuttaa mekaanisen tehon uudelleenjakamista, koska kapasiteetti pysyy omassa ketjussaan. Ennen kuin valintaa kumman tahansa rakenteen puolesta tehdään, operaattoreiden tulisi painetestata kausittaiset toimintatilat, huoltoskenaariot, generaattorien kuormitus, CDU-virrankulku sekä ilmastoidun, nestejäähdytteisen ja tulevan tasavirralla toimivan IT-laitteiston odotettu jakauma.

Ei välttämättä. UPS ja BESS palvelevat eri tarkoituksia, ja se, voiko BESS korvata UPS-järjestelmän, riippuu tekoälyn työkuorman saatavuudesta ja lähtöjännitepitoajan vaatimuksista. Tekoälysovelluksissa, jotka eivät siedä keskeytyksiä, kuten korkean saatavuuden inferenssityökuormat, UPS on edelleen ensisijainen suojauskerros, koska se tarjoaa välittömän lähtöjännitepidon, virranlaadun tuen ja suojan lyhytaikaisia häiriöitä vastaan. BESS-järjestelmät toimivat täydentävinä järjestelminä, jotka mahdollistavat energian optimoinnin, kysyntähuippujen hallinnan, verkkopalvelut, uusiutuvien energialähteiden integroinnin ja energian pidemmän varastoinnin. Monissa tekoälylaitoksissa BESS-järjestelmät vahvistavat yleistä energiastrategiaa, kun taas UPS-järjestelmiä käytetään yhä kriittisten kuormien suojaamiseen keskeytyksiltä. Ennen UPS-järjestelmän korvaamista BESS-järjestelmällä organisaatioiden on arvioitava huolellisesti työkuormien sietokyky, häiriönsietokyvyn vaatimukset ja lähtöjännitepitoajan odotukset.

Osviittaa BESS-käyttötapauksista, arkkitehtuuriin liittyvistä näkökohdista ja käyttöönottokriteereistä saat White Paper -asiakirjastamme Understanding BESS: Battery Energy Storage Systems for Data Centers.

Myös Schneider Electricin datakeskusohjeistuksissa BESS katsotaan ennemmin joustavuuden, kestävyyden ja energiaoptimoinnin välineeksi kuin suoraan kriittisen tehonsuojauksen korvaajaksi.

Asennusvalmiit ratkaisut eivät rajoitu pelkästään sähköasennusmoduuleihin, mutta operaattoreiden tulisi pohtia, mitkä työmaan toimet he haluavat poistaa kriittiseltä reitiltä. Tärkeimpiä asennusvalmiita elementtejä voivat olla keskijännitelaitteistot, E-Houset, matalajännitteiset virransyöttöjärjestelmät, Power Skid -yksiköt, IT-podit, integroidut räkit, sisäänrakennetuilla pumpuilla varustetut pakatut jäähdytyslaitteet sekä valikoidut putkisto- tai huoltokäytäväkokoonpanot. Käytännön hyöty syntyy siitä, että sähköurakoitsijoiden, LVI-urakoitsijoiden, rakennuspäälliköiden ja käyttöönottotiimien työmaakoordinointia voidaan vähentää. Power Skid -järjestelmään voidaan integroida UPS-laitteet, kytkinlaitteisto, akut, ATS ja hallintaohjelmisto. Saatavilla olevia kokoonpanoja ovat muun muassa 1 250 kW:n malli (480 V / 60 Hz) ja 2 MW:n, 2,25 MW:n ja 2,5 MW:n mallit 400 V:n jännitteellä.

Malliratkaisuihin on parempi suhtautua ennemmin validoituina lähtökohtina kuin vakiomallisina ratkaisuina räätälöityjen sijasta. Tekoälyvalmiit malliratkaisut voivat nopeuttaa suunnitteluvaihetta tarjoamalla projektitiimeille valmiiksi suunnitellun pohjan virransyötön, jäähdytyksen, IT-asettelun ja ohjausjärjestelmien integroinnille. Schneider Electricin nykyisiin malliratkaisuihin kuuluvat 7,392 MW:n nestejäähdytteiset NVIDIA GB200 NVL72 -tekoälyklusterit, 7,536 MW:n NVIDIA GB300 NVL72 -mallit, 10–12,4 MW:n Vera Rubin NVL72 -mallit, 1 MW:n 12-räkkiset asennusvalmiit tekoälyratkaisut sekä AMD Helios Rackscale -pohjaiset AMD Instinct™ MI455X GPU -mallit. Modulaariset elementit voidaan esivalmistaa suurina kokonaisuuksina, mutta koko laitoksen arkkitehtuuri vaatii edelleen integrointia laitoksen liitäntöjen, mekaanisten laitteistojen, keskijännitejakelun, IT-käyttöönottostrategian ja rakentamisen vaiheiden välillä.

Ylimääräistä kapasiteettia voi hyödyntää laskentatehon lisäämiseen, mutta operaattoreiden tulisi pitää tätä ennemmin toimintatilaan perustuvana ratkaisuna kuin vapaana kapasiteettina. Perinteisissä samanaikaisesti huollettavissa laitoksissa varataan riittävästi sähkö- ja mekaniikkavaraa, jotta järjestelmät voidaan ottaa pois käytöstä huoltotöiden ajaksi samalla, kun tarvittava IT-kapasiteetti pysyy käytössä. Tekoäly muuttaa taloudellisia paineita, sillä verkkokapasiteetti, käyttöönoton nopeus ja laskentatehon tarve vaikeuttavat entisestään käyttämättömän kapasiteetin perustelemista. Samanaikaisesti ylläpidettävä laitos voi esimerkiksi pystyä toimimaan yli sen suunnitellun IT-kuorman, mutta tämä kuluttaa kapasiteettia, joka oli alun perin varattu ylläpitämään häiriönsietokykyä huoltotoimien tai vikatilanteiden varalta. Todellinen kysymys on, arvostaako yritys laitoskohtaisia lisätokeneja enemmän kuin alkuperäistä redundanssistrategiaa. Ennen marginaalien kaventamista toimintatilat on määriteltävä selkeästi: normaali redundanssitila, suurikapasiteettitila, huoltotila ja vikatoimintatila.

Suunnittelun lähtökohtana tulisi olla työkuormitus, kun operaattori tietää, tuetaanko laitoksella yleistä kolokaatiota, suuren tiheyden neocloud-asiakasratkaisuja, koulutusklustereita, päättelyalustoja vai näiden yhdistelmää. Yleisessä kolokaatiolaitoksessa voi olla tarpeen säilyttää vaihtoehtoisuus sähkön ja jäähdytyksen massatasolla, kunnes vuokralaisten vaatimukset selviävät. Kohdennettu tekoälypilvi tai yksitoiminen tekoälytehdas voidaan suunnitella suoraan tunnetun GPU-suunnitelman, klusteritopologian, räkkien tiheyden ja jäähdytysvaatimusten pohjalta. Schneider Electricin tekoälydatakeskus on kehitetty ratkaisemaan sama ongelma integroidulla infrastruktuurilla, joka kattaa jäähdytyksen, virransyötön, ohjelmistot, pod- ja räkkijärjestelmät sekä elinkaaripalvelut suorituskykyisille tekoälytyökuormille.

Älä suunnittele koko datakeskusta niin, että jokainen kuormitus olisi 800 VDC. Käytännössä kysymys kuuluu, missä kohtaa arkkitehtuuria 800 VDC:tä käytetään ja kuinka suuri tasavirtamuunninlohkon on oltava. Varhaisissa käyttöönotoissa voidaan hyödyntää räkkien viereen asennettavia sivukytkentöjä, jotka usein sovitetaan yhteen tai kahteen GPU-räkkiin, olemassa olevassa vaihtovirtadatakeskuksessa ilman suuria tulopuolen muutostöitä. Tulevaisuudessa laajenevissa klustereissa voi olla perusteltua käyttää keskitettyjä 800 VDC:n lohkoja, joiden tehoalue on 2–5 MW ja jotka voidaan mahdollisesti skaalata suuremmiksi kokonaisuuksiksi, kun taas pidemmän aikavälin arkkitehtuurissa keskijännite saatetaan tuoda osaksi puolijohdemuuntajiin perustuvaa muuntamista noin 10 MW:n luokassa. 800 VDC:n arkkitehtuurit mahdollistavat yli 400 kW:n räkkitiheydet siirtämällä vaihtovirta-tasavirtamuunnoksen IT-räkin ulkopuolelle ja käyttämällä virtaräkkejä tai sivukytkentöjä, mikä vähentää häiriöitä nykyisissä vaihtovirtaan perustuvissa laitoksissa.

Kyseessä on valinta eristämisen ja dynaamisen kapasiteetin jakamisen välillä. Erilliset virtaketjut voivat selkeyttää IT- ja jäähdytysinfrastruktuurin välisiä rajapintoja, etenkin kun suuret jäähdytyslaitteet, CDU-yksiköt ja datahallit eivät sijoitu siististi samaan tilayksikköön. Yhteiskäytössä olevalla infrastruktuurilla voidaan säilyttää joustavuus vapaajäähdytysolosuhteissa, sillä käyttämätön mekaaninen kapasiteetti voidaan ohjata IT-kuormitukseen, jos muuntaja ja lähtöpuolen arkkitehtuuri sen sallivat. Täydellisen erottelun riski on hukkaan menevä teho: jos mekaaninen kuormitus laskee mutta IT-muuntaja toimii jo äärirajoilla, operaattori ei voi hyödyntää tätä käyttämätöntä jäähdytyspuolen kapasiteettia laskentatehona. Huomattava ero: ennen kuin tästä suunnitteluratkaisusta voi tulla perusteltu standardi, se edellyttää laitoskohtaista mallinnusta, jossa otetaan huomioon datahallin koko, jäähdytyslohkon koko, muuntajien sijoittelu, redundanssitavoite sekä kausittaiset toimintatilat.

Ennen suunnitelman viimeistelyä tulisi suorittaa sähkö-, ilmavirtaus- ja nestevirtausmallinnus, sillä eri mallit käsittelevät erityyppisiä vikoja. Sähkömallinnuksella varmistetaan vikavirta, suojaus, turvallisuus ja luotettavuus sekä tarkastellaan ylläpitoon tai kuormituksen kasvuun liittyviä skenaarioita. CFD- eli ilmavirtaussimuloinnilla varmistetaan suojarakenteen toimivuus, ilmanvaihtokapasiteetti ja redundanssijäähdytyksen toiminta. Putkisto- ja virtausmallinnuksella varmistetaan, että jokainen räkki saa tarvittavan jäähdytysnesteen virtauksen normaali-, redundanssi- ja huoltotiloissa. Seuraava vaihe on IT-kuormituksen kytkeminen laitoksen toimintaan, jotta tekoälyn kuormitusvaihteluita voidaan heijastaa virtajärjestelmiin, jakeluyksiköihin, jäähdytyslaitteiden ohjaukseen ja jäähdytyskiertoihin ennen kuin laitos toimii todellisessa kuormitustilanteessa.