ШІ та ЦОД: Переосмислення енергії та охолодження

Вплив ШІ на інфраструктуру ЦОД

Штучний інтелект (ШІ) є рушієм розширення центрів обробки даних (ЦОД) по всьому світу, включаючи Європу, Близький Схід та Африку. У Європі прогнозується, що зростання потужностей ЦОД досягне 25% сукупного річного темпу до 2030 року, що перевищує вплив переходу на публічну хмарну інфраструктуру за останнє десятиліття.

Робочі навантаження ШІ, такі як великі мовні моделі та інші AI-системи, змінюють дизайн ЦОД. Вони споживають більше енергії та виробляють більше тепла, ніж багато корпоративних навантажень. Об'єкти, спроектовані для нижчої щільності стійок, тепер стикаються з вимогами, які можуть перевищувати попередні припущення. Це створює інженерні, логістичні та фінансові проблеми для провайдерів колокації, хмарних компаній та операторів ЦОД.

Виклики та обмеження

Розгортання потужностей, готових до ШІ, обмежене доступністю електромереж, волоконно-оптичної інфраструктури, процесами отримання дозволів, регулюванням та звітністю щодо сталого розвитку. Оператори також повинні забезпечувати безперебійну роботу та економічну ефективність об'єктів.

Обмеження часто виникають ще до початку будівництва. У багатьох регіонах підключення до електромереж та волоконно-оптичні мережі потребують модернізації, перш ніж ЦОД зможе працювати на необхідному рівні. Ці роботи можуть сповільнюватися процесами планування та отримання дозволів, а місцеві правила можуть обмежувати місця будівництва об'єктів.

Тиск всередині ЦОД також змінюється. Стійки часто працюють при щільності близько 5-10 кВт, але робочі навантаження ШІ вже підвищують щільність деяких стійок понад 100 кВт, з прогнозами до 1,2 МВт до 2028 року. При таких рівнях розподіл електроенергії та відведення тепла стають ключовими питаннями проектування. Об'єкт, побудований для навантажень з меншою щільністю, може не впоратися з вищим струмом, більшим тепловиділенням та тіснішим зв'язком між ІТ-обладнанням та охолодженням. Тому оператори повинні розглядати розподіл електроенергії, термічний менеджмент та енергоефективність як єдину систему.

Модель "від мережі до чипа"

Підхід "від мережі до чипа" (grid-to-chip) виходить з припущення, що втрати виникають на кожному етапі шляху електроенергії. У середовищі ШІ з високою щільністю невеликі неефективності перетворення можуть створювати більші втрати енергії та додаткове тепло. Це тепло, у свою чергу, збільшує потребу в охолодженні, що додає навантаження на об'єкт.

Ефективна модель зосереджена на зменшенні втрат між мережею та процесорами, поєднуючи розподіл вищої напруги, перетворення електроенергії та системи охолодження, розроблені для щільних обчислень. Розподіл вищої напруги може зменшити струм та резистивні втрати, тоді як менша кількість етапів перетворення підвищує ефективність.

Інтегрований дизайн та ефективність

Та ж логіка може бути застосована до операцій. Вбудовані системи ШІ та машинного навчання використовуються для регулювання охолодження, моніторингу джерел безперебійного живлення та батарей, а також для підтримки енергетичної оркестровки. Якщо заявлена мета — зниження енергоспоживання, подовження терміну служби обладнання та покращення безперебійної роботи, великі розгортання, що дотримуються простих правил, можуть заощадити кілька мільйонів доларів на рік на електроенергії.

Зміна параметрів проектування означає відхід від оптимізації в ізольованих системах. Системи живлення, охолодження та ІТ часто визначаються окремими командами або постачальниками, але в об'єктах ШІ таке розділення може призвести до невикористаних переваг ефективності та ускладнити управління теплом. Більш інтегрований дизайн прагне доставляти електроенергію ближче до стійки та узгоджувати потужність охолодження з тепловим профілем кластерів GPU.

Модульні ЦОД для ШІ

Модульні центри обробки даних набувають актуальності для проектів ШІ, від систем з однією стійкою до контейнерних блоків. Модульний підхід дозволяє додавати потужності поетапно, щоб зменшити ризик будівництва більшої потужності, ніж вимагає попит, а також дає операторам можливість розгортати інфраструктуру до завершення будівництва більших об'єктів або мережевих робіт.

Основна перевага — швидкість. Модульні блоки, попередньо виготовлені та протестовані до прибуття на об'єкт, зменшують обсяг будівельних робіт на місці ЦОД. Для послуг ШІ, де попит може швидко змінюватися, поетапне розгортання може бути більш практичним, ніж одне велике будівництво. Європейський телекомунікаційний оператор, який використовував збірні модульні ЦОД для розширення мережі 5G edge, очікував, що будівництво займе близько 2,5 років, тоді як модульне розгортання могло б бути введено в експлуатацію протягом 16 місяців. Це також забезпечує нижчі експлуатаційні витрати завдяки енергоефективності, покращеній безперебійній роботі та стійкості.

Модульність не усуває всіх обмежень. Деякі об'єкти все ще стикаються з обмеженнями планування або регулювання навіть для контейнерної інфраструктури. У таких випадках модульні системи можуть потребувати зовнішнього облицювання або іншої адаптації для відповідності місцевим вимогам.

Майбутні рішення

ШІ збільшує потужність стійок, тепловиділення та вимагає тіснішої координації між живленням та охолодженням. Операторам ЦОД доведеться вирішувати, чи можна адаптувати існуючі проекти, чи нові проекти слід планувати з самого початку навколо інтегрованої інфраструктури високої щільності. У міру розвитку систем GPU доступ до мережі, енергоефективність та швидкість розгортання, ймовірно, залишатимуться обмеженнями для зростання потужностей ШІ.

Що це означає для розробників

Зростання AI-навантажень, таких як великі мовні моделі, створює нові виклики для розробників, які працюють з інфраструктурою центрів обробки даних. Це вимагає врахування значно вищого споживання енергії та тепловиділення, що впливає на проектування та розгортання AI-систем.

Ключові факти

Зростання ШІ є рушієм розширення ЦОД, з прогнозованим зростанням потужностей у Європі на 25% до 2030 року.
AI-навантаження підвищують щільність стійок з 5-10 кВт до понад 100 кВт, з прогнозами до 1,2 МВт до 2028 року.
Модель "від мережі до чипа" інтегрує перетворення електроенергії, розподіл та охолодження для зменшення втрат.
Модульні ЦОД дозволяють швидке та поетапне розгортання потужностей для ШІ-проектів.
Операторам ЦОД необхідно вирішувати, чи адаптувати існуючі проекти, чи планувати нові інтегровані інфраструктури високої щільності.