Поскольку ИИ увеличивает электрическую мощность центров обработки данных, двигатели систем охлаждения могут стать источником неиспользованного потенциала.
К 2035 году ожидается, что потребность центров обработки данных в электроэнергии увеличится более чем вдвое и потенциально достигнет 440 ТВт·ч. Это эквивалентно добавлению к энергосистеме США потребности всего штата Калифорния в электроэнергии.
Значительную часть этого роста можно объяснить широким использованием искусственного интеллекта. Прогнозируется, что к 2030 году рабочие нагрузки, связанные с ИИ, будут составлять от 50% до 70% потребностей центров обработки данных . По мере роста рабочих нагрузок, связанных с ИИ, операторы центров обработки данных сталкиваются с проблемой: оптимизировать энергопотребление как для охлаждения, так и для ИТ-систем в рамках выделенных ограничений мощности, которые определяются мощностью электрической инфраструктуры центра обработки данных.
Годами я помогал производителям систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) проектировать эффективные вентиляторы и насосы для критически важных центров обработки данных. Удовлетворение потребностей революции искусственного интеллекта в условиях ограниченных электросетей требует переосмысления одного из крупнейших скрытых потребителей энергии: двигателей.
Двигатели играют важную роль в центрах обработки данных, обеспечивая питание серверов и охлаждающего оборудования. В этой статье я расскажу о двигателях, приводящих в действие охлаждающее оборудование. Передовые технологии двигателей для охлаждения могут снизить энергопотребление в центрах обработки данных, одновременно освобождая больше вычислительных мощностей для новых задач искусственного интеллекта, что может положительно повлиять на конечный результат.
Проблема с обычными двигателями
На крупных предприятиях сотни тысяч двигателей приводят в действие критически важные системы кондиционирования и охлаждения воздуха . Спрос на них растёт, однако большинство традиционных двигателей тратят энергию впустую.
Механические системы, такие как системы охлаждения, обычно потребляют около трети энергетического бюджета центра обработки данных. Большинство двигателей, используемых сегодня в охлаждающем оборудовании, имеют стандартные размеры, рассчитанные на мощность и силу тока, превышающие фактические потребности системы. Выделение на охлаждение большего количества энергии, чем необходимо, снижает доступную мощность для рабочих нагрузок, генерирующих доход.
Кроме того, системы охлаждения центров обработки данных редко работают на полной нагрузке. Вместо этого они работают на 30–50% своей мощности. Обычные асинхронные двигатели переменного тока и многие традиционные двигатели с электронной коммутацией (ЕС) испытывают резкое снижение эффективности при частичных нагрузках и низких скоростях.
Эти факторы увеличивают эксплуатационные расходы в центре обработки данных, снижают производительность и надежность систем охлаждения и приводят к ненужным расходам на электрическую инфраструктуру. Они также могут препятствовать росту, если мощности недостаточно для выполнения новых задач ИИ.
Учитывая важную роль двигателей в системе охлаждения оборудования центров обработки данных, их эффективность становится первостепенной задачей. При проектировании центров обработки данных с целью оптимизации энергопотребления и выборе двигателей с учётом эффективности необходимо учитывать несколько важных факторов.
Нахождение плоской кривой эффективности
У всех двигателей есть кривая эффективности, описывающая их работу при различных нагрузках и скоростях. Современные двигатели, сохраняющие высокую эффективность при низких скоростях и нагрузках, необходимы для оптимизации энергопотребления. Двигатель, способный поддерживать высокую эффективность в широком диапазоне рабочих точек, считается имеющим плоскую кривую эффективности.
Двигатели с плоской кривой эффективности обеспечивают стабильную производительность, повышают эффективность взаимодействия «провод-вода» в насосных системах и «провод-воздух» в вентиляторных системах во всем рабочем диапазоне. Эта возможность позволяет центрам обработки данных оптимизировать эффективность охлаждения в широком диапазоне рабочих нагрузок и скоростей.
Двигатели правильного размера для систем охлаждения
Центры обработки данных выигрывают от систем охлаждения с двигателями оптимального размера. Двигатели оптимального размера точно соответствуют требованиям приложения и требуют меньше резервного тока для работы, который можно перераспределить для серверной части ИТ-компаний.
На этапе проектирования операторы центров обработки данных могут настроить свои системы охлаждения, используя двигатели оптимального размера, рассчитанные на точные значения мощности, частоты вращения, напряжения и других эксплуатационных потребностей. Они также могут сравнивать двигатели разных размеров, чтобы определить экономию энергии для систем охлаждения.
Поскольку оптимизация размеров снижает потребляемый ток (силу тока) двигателей, это также приводит к повышению PUE и снижению потребности в электрической инфраструктуре, такой как проводка, автоматические выключатели и трансформаторы. Это может привести к значительной экономии на этапе монтажа, но, что ещё важнее, высвобождает электрическую мощность для коммерческих целей.
Перераспределение мощности для ИТ-мощностей
Мощность, выделяемая на охлаждение, зависит от расхода и давления, необходимых для охлаждения серверных помещений, а также от подключенной мощности двигателей и приводов. Подключенная мощность определяется мощностью, указанной на паспортной табличке каждого вентилятора, насоса и частотно-регулируемого привода.
Поскольку двигатели правильной мощности потребляют меньше электроэнергии, они позволяют операторам избегать избыточного распределения мощности на охлаждение и направлять больше поступающей мощности на серверы, генерирующие доход и управляющие рабочими нагрузками ИИ.
Используя двигатели оптимальной мощности, один крупный центр обработки данных в Солт-Лейк-Сити смог сократить распределение мощности системы охлаждения почти на 4 МВт, что, по оценкам, позволит перераспределить мощность для дополнительных 13 500 серверов ИИ, что может принести дополнительный доход в размере 9 миллионов долларов в год.
Проектирование центра обработки данных с двигателями нужной мощности требует дальновидности, но оно может раскрыть значительный долгосрочный потенциал дохода.
По мере развития революции искусственного интеллекта операторы центров обработки данных получают возможность переосмыслить, как расходуется каждый ватт. Центры обработки данных, использующие высокоэффективные двигатели оптимального размера для охлаждения оборудования, получат возможность сократить потери энергии, высвободить электроэнергию и масштабировать ИТ-инфраструктуру для большего количества задач ИИ и, в конечном итоге, улучшить финансовые показатели.
Автор Константин Романов
Контакты, администрация и авторы
