Суперконденсаторы становятся одной из технологий, способных решить эту проблему, благодаря своей способности обеспечивать и поглощать большие объемы энергии за очень короткие промежутки времени. Согласно прогнозам IDTechEx, рынок суперконденсаторов, предназначенных для центров обработки данных, может превысить 950 миллионов долларов к 2037 году.

Консалтинговая компания анализирует эту эволюцию в своем отчете «Суперконденсаторы для центров обработки данных 2027-2037: технологии, приложения, игроки и прогнозы», в котором изучаются как доступные технологии, так и один из фундаментальных аспектов их внедрения: в какой точке электрической инфраструктуры центра обработки данных наиболее целесообразно устанавливать эти устройства.

Искусственный интеллект вводит новый профиль потребления электроэнергии

Центры обработки данных, предназначенные для искусственного интеллекта, имеют иной профиль спроса, чем традиционные объекты. Крупные кластеры ускорителей могут создавать кратковременные нагрузки и очень резкие колебания энергопотребления при начале или завершении определенных вычислительных операций.

Наиболее экстремальные пики могут вызывать кратковременные падения напряжения, которые, если их не контролировать должным образом, могут повлиять на работу серверов и другого оборудования и передать помехи в электроэнергетическую инфраструктуру.

Эта ситуация требует адаптации как системы распределения электроэнергии, так и резервных систем. Накопители, используемые для компенсации этих колебаний, должны реагировать в очень короткие промежутки времени — порядка миллисекунд — и выдерживать большое количество циклов зарядки и разрядки.

Также важны высокая удельная мощность, позволяющая ограничить занимаемое пространство при работе с большими нагрузками, и возможность интеграции решения в существующие электрические архитектуры.

Эти характеристики объясняют растущий интерес к суперконденсаторам. В отличие от систем хранения энергии, предназначенных в первую очередь для обеспечения энергией в течение длительных периодов времени, суперконденсаторы выделяются своей способностью очень быстро отдавать или поглощать энергию и выдерживать большое количество циклов.

Где устанавливать суперконденсаторы?

Конкретная архитектура различается в зависимости от центра обработки данных, но существует несколько уровней, на которых могут быть интегрированы эти системы хранения данных.

Серверы, коммутаторы, маршрутизаторы и системы хранения данных обычно группируются в стойки, которые могут включать в себя собственные блоки резервного питания (BBU). Несколько стоек образуют вычислительные коридоры, питаемые от блоков распределения питания (PDU).

На более высоком уровне находится центральная электрическая инфраструктура здания, отвечающая за распределение электроэнергии из сети и размещение систем бесперебойного питания (ИБП). Эти системы поддерживают электроснабжение во время отключений и, помимо прочего, обеспечивают работу резервных генераторов в течение времени, необходимого для их подключения.

Согласно анализу IDTechEx, суперконденсаторы можно устанавливать на трех основных уровнях: внутри самой стойки, в проходе или рядом с центральными системами бесперебойного питания. Каждый вариант предлагает различные преимущества с точки зрения защиты, плотности размещения, стоимости и простоты развертывания.

Суперконденсаторы внутри стойки

Интеграция в стойки, например, в рамках базового блока, может быть особенно полезна для новых центров обработки данных, предназначенных для искусственного интеллекта.

Близость системы хранения данных к нагрузке позволяет напрямую стабилизировать электропитание низковольтного оборудования и локально реагировать на изменения потребления серверов и ускорителей.

Такая архитектура также позволяет размещать суперконденсаторы только там, где это необходимо. В установках, где только определенные стойки предназначены для обучения или вывода данных ИИ, мощные накопители энергии можно сосредоточить в этих зонах, вместо того чтобы рассчитывать их мощность для всего объекта.

Недостатком является то, что размещение большего количества силовых компонентов внутри стойки уменьшает пространство, доступное для вычислительного оборудования, и может увеличить сложность инфраструктуры.

 Установка источников бесперебойного питания в коридорах и комнатах

Конфигурации на уровне проходов предоставляют преимущества при модернизации существующих центров обработки данных. Поскольку они не обязательно требуют модификации каждой стойки, они могут упростить переоборудование и поддерживать более высокую плотность серверов и ускорителей.

По этой причине компания IDTechEx прогнозирует, что в краткосрочной перспективе установка источников бесперебойного питания (ИБП) на уровне проходов и помещений может получить большее распространение, особенно в центрах обработки данных с размещением оборудования в дата-центрах.

Установка рядом с системой ИБП дает еще одно преимущество: она позволяет защитить нагрузки, которые выходят за рамки системы, установленной исключительно в стойках.

Сюда относятся высоковольтная электрическая инфраструктура и некоторые вспомогательные системы, такие как системы охлаждения, бесперебойная работа которых имеет решающее значение для общей работы центра обработки данных высокой плотности.

По мнению IDTechEx, к 2037 году размещение суперконденсаторов в центрах обработки данных может стать преимущественно на уровне стоек и в помещениях, оборудованных источниками бесперебойного питания (ИБП).

Дополнительное питание батарей для обеспечения реакции за миллисекунды

Появление суперконденсаторов не обязательно означает замену батарей, используемых в настоящее время в системах бесперебойного питания. Обе технологии отвечают различным потребностям энергетической инфраструктуры.

В то время как батареи подходят для хранения больших объемов энергии и обеспечения автономной работы в течение длительных периодов времени, суперконденсаторы могут вмешиваться в ответ на чрезвычайно резкие колебания мощности и повторять эти циклы заряда и разряда с высокой частотой.

Такое сочетание становится особенно актуальным по мере увеличения мощности стоек, предназначенных для искусственного интеллекта. Энергетическая инфраструктура теперь должна реагировать не только на потенциальные отключения электроэнергии, но и управлять внезапными изменениями спроса во время нормальной работы центра обработки данных.

Оптимальное местоположение в конечном итоге будет зависеть от таких факторов, как конструкция объекта, процент нагрузок, предназначенных для искусственного интеллекта, возможность модификации стеллажей, а также необходимость защиты других электрических и систем охлаждения.

По прогнозам IDTechEx, к 2037 году объем рынка суперконденсаторов превысит 950 миллионов долларов, поэтому они могут стать новым элементом энергетической архитектуры центров обработки данных, особенно в тех объектах, где нагрузки от ИИ требуют управления все более быстрыми и значительными колебаниями мощности.

Автор: Даниэль Парр, технологический аналитик, IDTechEx