رشد هوش مصنوعی فقط تقاضا برای پردازندههای گرافیکی(GPU) و سرور را افزایش نداده است؛ زیرساخت برق نیز به یکی از عوامل تعیینکننده در توسعه دیتاسنترهای نسل جدید تبدیل شده است. NVIDIA با برنامه DSX Ready، سیستمهای ذخیرهسازی انرژی باتری یا BESS را بهعنوان بخشی از معماری برق AI Factory در نظر گرفته و برای عملکرد آنها در کنار بارهای سنگین و متغیر هوش مصنوعی، الزامات مشخصی تعریف کرده است.
دیتاسنترهای هوش مصنوعی بهسرعت در حال بزرگتر شدن هستند. هزاران GPU در یک مجموعه میتوانند صدها مگاوات توان مصرف کنند و مهمتر از میزان مصرف، الگوی این مصرف نیز برای زیرساخت برق اهمیت دارد.
بارهای پردازشی AI ثابت نیستند. آغاز یا پایان یک پردازش سنگین میتواند در مدت کوتاهی مصرف برق مجموعه را تغییر دهد؛ در حالی که شبکه برق، ترانسفورماتورها و ژنراتورها معمولاً با تغییرات آرامتر و قابل پیشبینیتر عملکرد بهتری دارند.
اینجاست که نقش BESS در دیتاسنترهای AI از مفهوم سنتی «برق اضطراری» فاصله میگیرد. در معماری جدیدی که NVIDIA ترسیم کرده، سیستم ذخیرهسازی باتری میتواند به یک منبع توان سریع و قابلکنترل میان دیتاسنتر و شبکه برق تبدیل شود؛ سیستمی که فقط هنگام خاموشی وارد مدار نمیشود، بلکه میتواند در مدیریت روزانه توان نیز نقش داشته باشد.
DSX Ready؛ ورود زیرساخت انرژی به معماری هوش مصنوعی AI Factory
NVIDIA برنامه DSX Ready را برای شناسایی تجهیزاتی ایجاد کرده است که الزامات فنی مشخص این شرکت برای استفاده در زیرساخت AI Factory را پشت سر گذاشتهاند. در مرحله نخست، دو گروه از تجهیزات در این برنامه مورد توجه قرار گرفتهاند:
سیستمهای ذخیرهسازی انرژی باتری (BESS) و تجهیزات مرتبط با خنککاری مایع.
انتخاب این دو حوزه اتفاقی نیست. هرچه توان پردازشی دیتاسنترهای AI افزایش پیدا میکند، دو مسئله بیش از گذشته اهمیت پیدا میکنند: تأمین و مدیریت برق و دفع حرارت تجهیزات پردازشی.
در بخش BESS، راهکارهایی از سه شرکت Tesla، LG Energy Solution و Hitachi Energy در فهرست اولیه DSX Ready قرار گرفتهاند.
اما اهمیت این خبر صرفاً در نام این سه شرکت نیست. نکته اصلی این است که NVIDIA، بهعنوان یکی از شرکتهایی که معماری پردازشی دیتاسنترهای AI را شکل میدهد، اکنون برای نحوه عملکرد زیرساخت ذخیرهسازی انرژی نیز چارچوب مشخصی تعریف کرده است. به بیان دیگر، انرژی دیگر یک بخش جدا از زیرساخت هوش مصنوعی نیست؛ به بخشی از طراحی خود AI Factory تبدیل شده است.
چرا BESS برای دیتاسنترهای AI اهمیت پیدا کرده است؟
یکی از کاربردهای مهمی که NVIDIA برای BESS تعریف کرده، مدیریت تغییرات سریع بارهای پردازشی است.
فرض کنید تعداد زیادی GPU بهطور همزمان وارد یک پردازش سنگین شوند. توان مورد نیاز دیتاسنتر میتواند در مدت کوتاهی افزایش پیدا کند. اگر تمام این افزایش مصرف مستقیماً از شبکه دریافت شود، تجهیزات بالادست نیز باید همان تغییر سریع را تحمل کنند.
BESS میتواند بخشی از این توان را برای مدت مشخص تأمین کند و تغییر بار مشاهدهشده توسط شبکه را هموارتر سازد. در حالت عکس نیز همین منطق وجود دارد. اگر مصرف پردازشی بهسرعت کاهش پیدا کند، سیستم ذخیرهسازی میتواند به کنترل بهتر تغییر توان کمک کند.
NVIDIA این کاربرد را Dynamic AI Transient Reduction معرفی کرده است. در چنین مدلی، باتری میان یک بار بسیار پویا و شبکهای که به پایداری نیاز دارد قرار میگیرد. نتیجه، رابطه کنترلشدهتری میان دیتاسنتر و زیرساخت برق خواهد بود.
موضوع فقط ظرفیت باتری نیست
در بسیاری از پروژههای BESS، نخستین اعدادی که مورد توجه قرار میگیرند توان بر حسب MW و ظرفیت ذخیرهسازی بر حسب MWh هستند. اما در کاربرد AI، این اعداد تمام داستان نیستند.
NVIDIA در ارزیابی خود، عملکرد سیستم را در سمت AC و همراه با PCS یا Power Conversion System بررسی میکند. این یعنی یک BESS مناسب برای دیتاسنتر AI باید علاوه بر داشتن ظرفیت کافی، بتواند در برابر تغییرات سریع بار و اختلالات شبکه نیز رفتار مناسبی داشته باشد.
از جمله قابلیتهای مورد توجه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- پاسخ سریع توان اکتیو و راکتیو
- عملکرد در زمان افت ولتاژ
- محدودسازی جریان
- Islanded Operation،
- Source Transfer
- Black Start
در نتیجه، ارزش یک سیستم ذخیرهسازی برای چنین کاربردی فقط به سلولهای باتری وابسته نیست. PCS، سیستم کنترل، نرمافزار مدیریت انرژی و نحوه هماهنگی BESS با سایر اجزای زیرساخت برق نیز نقش تعیینکنندهای پیدا میکنند.
این تغییر میتواند یکی از مهمترین پیامهای برنامه DSX Ready برای بازار ذخیرهسازی انرژی باشد. رقابت آینده BESS فقط بر سر «باتری بزرگتر» نخواهد بود؛ کنترل بهتر توان نیز به همان اندازه اهمیت خواهد داشت.
Tesla، LG و Hitachi چه سیستمهایی ارائه کردهاند؟
سه راهکار اولیه معرفیشده در برنامه DSX Ready اندازه یکسانی ندارند.
- Hitachi Energy: سیستم معرفیشده از سوی این شرکت در پیکربندی اعلامشده حدود ۵ مگاوات توان و ۱۰ مگاواتساعت ظرفیت ذخیرهسازی دارد.
- LG Energy Solution: راهکار LG نیز در محدوده ۵ مگاوات / ۱۰ مگاواتساعت قرار میگیرد.
- Tesla: تسلا با Megapack 2XL و حدود ۱.۹۳ مگاوات توان و ۳.۸۵ مگاواتساعت ظرفیت در فهرست اولیه حضور دارد.
تفاوت این اعداد نکته مهمی را نشان میدهد: NVIDIA در حال تعیین یک ظرفیت ثابت برای BESS دیتاسنترها نیست. اندازه سیستم باید براساس شرایط هر پروژه، ظرفیت اتصال به شبکه، رفتار بار، معماری برق و هدف استفاده از باتری انتخاب شود.
برای یک سایت ممکن است هدف اصلی کاهش تغییرات سریع توان باشد؛ در پروژهای دیگر Demand Response، پشتیبانی در زمان اختلال شبکه یا عملکرد مستقل اهمیت بیشتری داشته باشد. بنابراین طراحی BESS برای دیتاسنتر AI بیش از آنکه یک انتخاب محصول باشد، یک مسئله مهندسی سیستم است.
BESS جای UPS را میگیرد؟
ورود BESS به معماری دیتاسنتر به معنای حذف UPS نیست. UPS و BESS میتوانند در بخشهای متفاوتی از زیرساخت برق فعالیت کنند.
UPS معمولاً وظیفه دارد برق تجهیزات حساس IT را بدون وقفه حفظ کند؛ حتی یک قطعی بسیار کوتاه نیز نباید باعث خاموش شدن سرورها و تجهیزات پردازشی شود.
BESS میتواند در سطح بالاتری از سایت قرار گیرد و علاوه بر ذخیره انرژی، با شبکه برق، ژنراتور، بار مجموعه و سیستم مدیریت انرژی تعامل داشته باشد.
به همین دلیل، معماری دیتاسنترهای آینده احتمالاً بهجای انتخاب بین UPS و BESS، ترکیبی از چند لایه مختلف خواهد بود: Grid + BESS + UPS + Backup Generation + Intelligent Control
هرکدام از این تجهیزات وظیفه متفاوتی دارند و در کنار یکدیگر تابآوری کل مجموعه را افزایش میدهند.
از برق اضطراری تا مدیریت فعال توان
یکی از تفاوتهای مهم BESS در معماری NVIDIA همین است. باتری دیگر الزاماً تجهیزی نیست که فقط در زمان خاموشی استفاده شود. سیستم میتواند در شرایط عادی نیز فعال باشد.
برای مثال، در زمان افزایش فشار بر شبکه، دیتاسنتر میتواند بخشی از برق مورد نیاز خود را از BESS دریافت کند و مصرف از شبکه را کاهش دهد.
در زمان اختلال کوتاهمدت ولتاژ، باتری میتواند به حفظ پایداری مجموعه کمک کند. در طراحیهای مناسب، BESS میتواند هنگام انتقال از شبکه به منابع برق داخلی نیز نقش داشته باشد.
قابلیت Black Start نیز امکان راهاندازی بخشی از سیستم برق خاموش را بدون نیاز اولیه به شبکه فعال فراهم میکند. بنابراین مفهوم ذخیرهسازی در چنین دیتاسنتری از «Backup Energy» به سمت Active Power Management حرکت میکند.
چالش جدید AI دیگر فقط قدرت پردازش نیست
سالها رقابت هوش مصنوعی حول تراشه سریعتر، تعداد GPU بیشتر و قدرت پردازش بالاتر شکل گرفته بود. ئاما با رشد ابعاد دیتاسنترها، محدودیت دیگری آشکار شده است:
برق.
وجود هزاران GPU زمانی ارزش دارد که برق کافی برای آنها وجود داشته باشد. ظرفیت اتصال به شبکه، توان ترانسفورماتورها، زیرساخت انتقال، سیستم خنککاری و تجهیزات مدیریت انرژی همگی میتوانند بر مقیاس و زمان اجرای یک پروژه AI تأثیر بگذارند.
به همین دلیل، طراحی دیتاسنتر بهتدریج از یک پروژه صرفاً IT به یک پروژه ترکیبی IT + Energy Infrastructure تبدیل میشود. برنامه DSX Ready نیز دقیقاً در همین نقطه قرار میگیرد.
NVIDIA قصد ندارد باتری تولید کند، اما برای توسعه AI Factory نیاز دارد زیرساخت برقی که GPUها به آن وابسته هستند نیز رفتار قابل پیشبینی و مشخصی داشته باشد.
یک بازار جدید برای صنعت BESS
بخش بزرگی از رشد جهانی BESS تا امروز از توسعه نیروگاههای خورشیدی و بادی، Energy Arbitrage، خدمات شبکه و پروژههای تجاری و صنعتی ناشی شده است.
اما گسترش دیتاسنترهای AI میتواند کاربرد جدیدی را به این بازار اضافه کند. در این حوزه، نیازها با پروژه Solar + BESS یکسان نیست.
در یک نیروگاه خورشیدی ممکن است مدت ذخیرهسازی و ظرفیت MWh مهمترین معیارهای طراحی باشند.
در یک دیتاسنتر AI، سرعت پاسخ، رفتار PCS، کیفیت کنترل، هماهنگی با شبکه، قابلیت تحمل اختلال و تعامل با سایر منابع برق سایت اهمیت بیشتری پیدا میکنند.
این موضوع میتواند بازار تجهیزات دیگری را نیز همراه با BESS گسترش دهد: PCS، EMS، تجهیزات Medium Voltage، سیستمهای حفاظتی، ترانسفورماتورها و نرمافزارهای مدیریت توان.
بنابراین دیتاسنترهای AI فقط یک مصرفکننده جدید برای باتری نیستند؛ میتوانند یک کلاس جدید از پروژههای ذخیرهسازی انرژی ایجاد کنند.
DSX Ready چه چیزی را تضمین نمیکند؟
در کنار اهمیت برنامه، یک نکته باید روشن بماند. DSX Ready به معنای تأیید کامل سیستم برق یک دیتاسنتر نیست.
محصولی که این تاییدیه ها را دریافت کرده، الزامات مشخص NVIDIA را در محدوده تعیینشده پشت سر گذاشته است؛ اما طراحی نهایی هر پروژه همچنان به بررسی مهندسی اختصاصی نیاز دارد. ترانسفورماتورها، تابلوهای برق، ژنراتورها، تجهیزات حفاظتی و سایر اجزای سایت باید متناسب با شرایط واقعی پروژه طراحی شوند.
همچنین حضور نام یک شرکت در برنامه به معنی تأیید تمام محصولات آن شرکت نیست؛ Qualification به راهکار مشخصی تعلق دارد.
این تمایز باعث میشود DSX Ready را بتوان بیشتر بهعنوان یک چارچوب عملکردی برای کاربرد AI در نظر گرفت تا یک تأییدیه عمومی برای کل دیتاسنتر.
AI و BESS؛ دو صنعتی که به یکدیگر نزدیک میشوند
اهمیت اصلی اقدام NVIDIA در انتخاب سه شرکت باتریسازی خلاصه نمیشود. موضوع مهمتر این است که BESS رسماً وارد معماری زیرساخت هوش مصنوعی شده است.
این اتفاق نشان میدهد رشد AI فقط تقاضا برای تراشه، سرور و دیتاسنتر ایجاد نمیکند. شبکه برق، ذخیرهسازی انرژی، PCS، سیستمهای کنترل و تجهیزات قدرت نیز مستقیماً تحت تأثیر این رشد قرار خواهند گرفت.
نسل آینده دیتاسنترها باید بتواند همزمان سه مسئله را حل کند: توان بسیار بالا، تغییرات سریع بار و محدودیتهای شبکه برق.
BESS میتواند یکی از ابزارهای اصلی برای مدیریت این سه مسئله باشد. به همین دلیل، شاید مهمترین پیام برنامه DSX Ready این باشد که در دیتاسنترهای آینده، باتری دیگر صرفاً تجهیزی برای روز خاموشی نیست.
BESS میتواند به یکی از اجزای فعال زیرساخت برق AI تبدیل شود؛ سیستمی که میان شبکه و یکی از پیچیدهترین بارهای الکتریکی نسل جدید قرار میگیرد و به مدیریت این رابطه کمک میکند.
ترکیب Solar + BESS طی سالهای اخیر به یکی از مهمترین روندهای صنعت انرژی تبدیل شده است. حالا با رشد دیتاسنترهای هوش مصنوعی، ترکیب دیگری نیز در حال شکلگیری است:
AI + BESS.
منابع: