Развитие систем электроснабжения ЦОДов для задач ИИ

Развитие искусственного интеллекта кардинально меняет требования к инфраструктуре центров обработки данных. Если раньше системы электроснабжения проектировались для ИТ-оборудования со средней мощностью 5–15 кВт на стойку, то стойки, в которых размещается оборудование для современных ИИ-систем, потребляют уже 150 кВт и более, а в перспективе — до 1 МВт. Это создает серьезные вызовы для традиционных решений в области электроснабжения.

Традиционные системы электроснабжения ЦОДа построены на проверенных решениях (рис. 1):

Такая архитектура хорошо отработана и широко представлена на рынке. Однако она не рассчитана на экстремальные нагрузки, создаваемые ИИ-системами. Развитие искусственного интеллекта меняет архитектуру электроснабжения ЦОДа. Это связано с тем, что мощность ИТ-оборудования, размещенного в одной стойке, достигает 150 кВт и более. Блоки питания мощных графических процессоров в таких стойках получают на входе напряжение 50 В постоянного тока, которое обеспечивается при помощи устанавливаемых в стойку силовых выпрямительных модулей (power shelfs) и распределительной шины постоянного тока напряжением 50 В.

На данный момент ключевая проблема электроснабжения ЦОДов для задач ИИ — экспоненциальный рост энергопотребления вычислительных систем. Стремление к повышению производительности заставляет объединять тысячи графических процессоров в единую систему, что создает множество сложностей, в том числе:

Все эти факторы приводят к тому, что для мегаваттных стоек традиционные системы распределения питания на 50 В постоянного тока становятся физически и экономически нецелесообразными.

Для решения возникших проблем экспертное сообщество сегодня предлагает подход, включающий в себя два кардинальных изменения: переход на напряжение 800 В постоянного тока и создание интегрированной многоуровневой системы хранения энергии.

Переход на напряжение 800 В позволит:

В состав многоуровневой интегрированной системы хранения энергии должны входить:

 

Таким образом, новая архитектура на основе 800 В постоянного тока и интегрированных систем хранения энергии (рис. 2) не только позволит увеличить мощность одной стойки до 1 МВт и более, но и повысить энергоэффективность и надежность ЦОДа, а также снизить затраты на материалы и обслуживание.

Развитие ИИ‑технологий представляет для отрасли серьезный вызов: существующие системы электроснабжения ЦОДов, оптимизированные для умеренных нагрузок, не справляются с растущими требованиями. Резкие колебания энергопотребления и необходимость поддерживать мегаваттные вычислительные стойки требуют принципиально новых решений.

Ответом становится постепенный переход к архитектуре электроснабжения с использованием постоянного тока более высокого напряжения. Уже сейчас компания Nvidia разрабатывает вычислительную систему Kyber, специально адаптированную для работы с напряжением 800 В постоянного тока. Внедрение такой архитектуры позволит существенно повысить энергоэффективность за счет устранения избыточных преобразований тока, снизить затраты на материалы благодаря уменьшению сечения проводников, упростить конструкцию системы и повысить ее надежность, а также обеспечить масштабируемость — вплоть до 1 МВт на стойку и более.

Долгосрочные планы еще более радикальны: ожидается, что наиболее перспективным окажется переход к системе с напряжением 1500 В постоянного тока. Это откроет новые возможности для роста вычислительной мощности и оптимизации энергопотребления в ЦОДах, позволяя эффективнее решать задачи, стоящие перед современными ИИ‑системами.

Успех трансформации отрасли зависит от слаженной работы всех ее участников. Важнейшую роль здесь играет стандартизация — например, усилия сообщества Open Compute Project (OCP) по разработке открытых стандартов обеспечивают совместимость компонентов, ускоряют внедрение инноваций и снижают затраты для всей экосистемы. Не менее значимо и активное сотрудничество между ключевыми игроками рынка: так, Nvidia выстраивает партнерские отношения с широким кругом компаний — от поставщиков кремниевых компонентов (Analog Devices, Infineon Technologies, Texas Instruments и др.) до производителей компонентов энергосистемы (Delta, Flex, LITEON) и разработчиков систем электропитания для ЦОДов (ABB, Eaton, Schneider Electric).

В ближайшие годы модернизация системы электроснабжения станет не просто технической задачей, а ключевым фактором развития инфраструктуры для ИИ‑систем. Поэтапный переход от традиционных решений к архитектуре с высоким напряжением постоянного тока не только решит текущие проблемы энергопотребления, но и заложит прочный фундамент для дальнейшего роста производительности и масштабирования ИИ‑технологий в будущем.

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!