Vertiv GmbH

Hochleistungsrechen-Workloads (HPC) nehmen weiter zu und zeigen kurzfristig keine Anzeichen einer Verlangsamung. Laut Bloomberg wird generative KI bis 2032 zu einem Markt mit einem Volumen von 1,3 Billionen US-Dollar heranwachsen. Gleichzeitig hat sich die IT-Performance von GPUs innerhalb von nur zehn Jahren vertausendfacht – wobei jede neue Generation ihre Vorgängerin in immer kürzeren Innovationszyklen übertrifft.

Mit dem Wachstum der Workloads stehen Rechenzentrumsbetreiber zudem vor Herausforderungen durch zunehmende Netzinstabilität und Spannungsschwankungen. Dies treibt Innovationen in der Stromversorgungsinfrastruktur von Rechenzentren voran, um HPC-Workloads effizient unterstützen zu können.

Eine zuverlässige Stromversorgung beginnt mit einer stabilen Energiekette und kontinuierlichem Betrieb. Innerhalb des sogenannten „Power Train“ spielen unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) eine zentrale Rolle: Sie gewährleisten Zuverlässigkeit, schützen vor Stromunterbrechungen, versorgen IT-Systeme nahtlos mit Energie und sichern dauerhaft einen effizienten Betrieb.

Verständnis der Stromversorgung von Rechenzentren für KI-Anwendungen

Der Power Train beschreibt die Stromverteilungsstruktur vom Versorgungsnetz bis zur IT-Ausrüstung. Er umfasst Schaltanlagen, USV-Systeme, Stromverteilungseinheiten (PDUs) sowie weitere kritische Komponenten. Gemeinsam stellen diese Technologien die Energieversorgung des Rechenzentrums sicher.

Ein integriertes System maximiert die Verfügbarkeit und bietet zuverlässige Strom- und Backup-Lösungen. Es schützt vor Ausfällen und gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb. Um die Effizienz zu verstehen, betrachten wir den Energiefluss und die Rolle der einzelnen Komponenten:

• Versorgungsnetz oder erneuerbare Energiequelle: Primäre Energiequelle für die Rechenzentrumsinfrastruktur.
• Automatischer Transferschalter (ATS): Schaltet bei Ausfall der Primärversorgung nahtlos auf Backup-Quellen um. Diese können umfassen:
• Brennstoffzellen: Wasserstoffbasierte Systeme als primäre oder redundante Energiequelle.
• Langzeitbatterien: Bieten höhere Kapazität und Resilienz als herkömmliche USV-Batterien.
• Kritische Schaltanlagen: Erste Schutzlinie gegen externe Störungen wie Spannungsschwankungen oder Kurzschlüsse; verteilen Energie im Rechenzentrum und ermöglichen die Isolation von Anlagen bei Wartung.
• USV: Stellt bei Netzausfall die kritische Backup-Versorgung bereit und filtert Spannungsspitzen sowie Schwankungen. Bei Netzausfall erfolgt die Umschaltung auf das Batterie-Energiespeichersystem (BESS).
• BESS: Fungiert als Energiepuffer und gleicht kurzfristige Schwankungen aus; speichert Energiereserven für eine lokalisierte Versorgung.
• Statische Transferschalter (STS): Übertragen Lasten sofort zwischen Stromquellen und gewährleisten so eine kontinuierliche Versorgung.
• PDUs und Remote Panels: Verteilen Strom effizient an Rechenknoten und Speichersysteme.
• Stromschienen und Rack-PDUs: Versorgen IT-Geräte direkt und exakt entsprechend der jeweiligen Lastanforderungen.

KI-Workloads verändern die Dynamik des Stromverbrauchs grundlegend und stellen neue Anforderungen an Netzkapazität und betriebliche Komplexität. Während die Leistungsdichten pro Rack steigen, bleibt ein Großteil der bestehenden Strominfrastruktur unverändert. Betreiber müssen daher sicherstellen, dass jedes Element des Power Train die Energie nahtlos vom Netz bis zur kritischen IT-Infrastruktur bereitstellt.

Die USV spielt dabei eine Schlüsselrolle, indem sie Störungen abfedert und eine kontinuierliche, zuverlässige Stromversorgung gewährleistet. Die Wahl des richtigen USV-Systems ermöglicht es Betreibern, die hohen Leistungsanforderungen von HPC-Anwendungen sicher zu beherrschen.

Wie USV-Systeme KI- und HPC-Lasten unterstützen

Die USV bildet das Rückgrat der Stromversorgung im Rechenzentrum und ist essenziell für die Stabilisierung der Energieversorgung. Sie sichert den unterbrechungsfreien Betrieb kritischer Workloads, gleicht Schwankungen aus und stellt bei Ausfällen sofort Backup-Leistung bereit.

Ausgewogene und stabile Stromversorgung

Dreiphasensysteme bieten eine stabilere und gleichmäßigere Stromversorgung. Jede Phase ist um 120 Grad versetzt (siehe Abbildung 2), sodass bei einem Phasenmaximum die anderen Phasen weiterhin Leistung liefern und Versorgungseinbrüche vermieden werden.

Einphasige Wechselstromsysteme hingegen arbeiten mit um 180 Grad versetzten Phasen (siehe Abbildung 3), wodurch Zyklen ohne Leistungsabgabe entstehen. Sie eignen sich daher nur für leichtere gewerbliche oder private Anwendungen.

Die Fähigkeit von Dreiphasensystemen, kontinuierlich und unterbrechungsfrei Strom zu liefern, macht sie zur bevorzugten Lösung für Hochleistungsrechenzentren. Ihre stabile Ausgangsleistung unterstützt die schwankenden Anforderungen von KI-Workloads, ohne Leistungseinbußen oder Geräteschäden zu riskieren. Gleichzeitig werden Energieverluste reduziert und die Effizienz gesteigert.

Die großen dreiphasigen USV-Systeme von Vertiv nutzen fortschrittliche Wechselrichter-Regelalgorithmen, die Oberwellen aktiv erkennen und kompensieren. Dadurch werden Probleme durch plötzliche Lastsprünge und hohe Oberwellenanteile bei KI-Workloads reduziert, was eine saubere Stromversorgung und höhere Systemzuverlässigkeit gewährleistet.

Sicherstellung hochwertiger AC-Stromversorgung

Online-Doppelwandler-USV-Systeme liefern kontinuierlich hochwertigen Wechselstrom für den IT-Betrieb. Die AC-DC-AC-Umwandlung schützt vor Spannungsschwankungen und verhindert Geräteschäden. Robuste interne Bypass-Funktionen minimieren Risiken bei Wartung oder Störungen.

Online-USV-Systeme isolieren kritische Verbraucher von Netzstörungen und sorgen für eine stabile, saubere Energieversorgung. Ihre Fähigkeit, eine perfekte Sinusspannung bereitzustellen und bei Ausfällen sofort auf Batteriebetrieb umzuschalten, ist entscheidend zur Vermeidung von Datenverlust und zur Sicherstellung der Verfügbarkeit.

Auch die Integration von Flüssigkühlungstechnologien ist essenziell, da Pumpen und mechanische Komponenten kontinuierliche Stromversorgung benötigen. Moderne USV-Systeme gewährleisten, dass Kühlung selbst bei Netzausfällen unterbrechungsfrei weiterläuft – ein zentraler Faktor in High-Density-Umgebungen.

Nahtlose Integration von Energiespeichern

Netzinteraktive USV-Systeme in Kombination mit Energiespeicherlösungen wie BESS sichern KI-Anwendungen selbst bei Netzausfällen oder Lastspitzen zuverlässig ab.

Mit Fast Frequency Reserve (FFR)-Funktionen reagieren USV-Systeme schnell auf Ungleichgewichte zwischen Angebot und Nachfrage und ermöglichen einen reibungslosen Übergang auf gespeicherte Energie – besonders wichtig für KI- und HPC-intensive Umgebungen.

BESS speichert überschüssige Energie in Zeiten geringer Last und stellt sie bei Spitzenlast bereit („Peak Shaving“). Diese Kombination verhindert Überlastungen, steigert die Effizienz und reduziert die Abhängigkeit von konventionellen Energiequellen.

Energieversorgung für Ihre KI-/HPC-Implementierung

Hochkapazitive USV-Systeme decken den Energiebedarf KI-getriebener Rechenzentren und bilden ein robustes Rückgrat der Strominfrastruktur. Doch die Vorbereitung auf wachsende KI- und HPC-Workloads erfordert mehr als nur eine zuverlässige USV.

Vertiv bietet umfassende Lösungen, Expertise und Support für Rechenzentren mit KI- und HPC-Anwendungen. Mit einem breiten Portfolio industrieller Produkte und Technologien unterstützen wir sowohl Neubauten als auch High-Density-Nachrüstungen.

Ihr Weg zur hohen Leistungsdichte

Der Weg zu hoher Leistungsdichte muss nicht kompliziert sein. Vertiv entwickelt gemeinsam mit Branchenführern fortschrittliche Lösungen für Stromversorgung und Kühlung selbst anspruchsvollster Deployments.

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