توزيع الطاقة في مراكز البيانات بتقنية الذكاء الاصطناعي: من رفوف الطاقة إلى التوصيل على مستوى الرفوف

غالبًا ما تُناقش بنية الطاقة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي من منظور تحويل الطاقة، وتوزيع التيار المستمر عالي الجهد، أو مصادر طاقة الخوادم. ولكن بين وحدة الطاقة والخادم، يوجد جانب آخر يستحق مزيدًا من الاهتمام: كيفية توزيع الطاقة فعليًا داخل الحامل.

بمجرد دخول الطاقة إلى خزانة عالية الطاقة، لم يعد التحدي يقتصر على مجرد نقل الكهرباء من نقطة إلى أخرى. تصبح قضبان التوزيع، والمحطات الطرفية، والموصلات، وأجهزة التبديل، ومكونات الحماية جميعها جزءًا من نفس المسار الكهربائي.

عند استخدام طاقة عالية في الخزائن، قد تُصبح مقاومة صغيرة عند نقطة التوصيل مشكلة حرارية. كما أن تصميم التوزيع المُدمج قد يُصعّب الصيانة. كذلك، يُمكن أن يُؤثر تغيير جهد التوزيع على متطلبات العزل والتحويل والحماية.

وهذا يجعل توصيل الطاقة على مستوى الرف جزءًا مهمًا من بنية الطاقة الشاملة لخادم الذكاء الاصطناعي.

ما الذي يتغير بمجرد دخول الطاقة إلى الرف؟

يوفر رف الطاقة الطاقة المطلوبة للنظام الموجود في اتجاه المصب، ولكن لا يزال يتعين على الرف توزيع تلك الطاقة على أحمال متعددة.

يبدو المسار المبسط كالتالي:

وحدة الطاقة ← توزيع الطاقة في الرف ← قضيب التوصيل ← التبديل / الحماية ← نظام طاقة الخادم

تختلف البنية الفعلية بين المنصات، ولكن هذا الجزء من النظام لديه عدة متطلبات يجب أن تعمل معًا.

يجب أن يحمل مسار التوزيع التيار المطلوب، ويحافظ على انخفاض الجهد المقبول، ويدير الحرارة، ويوفر الحماية المناسبة، ويسمح بعزل القسم ذي الصلة عند الضرورة.

هنا يبدأ تصميم مستوى الرف في أن يصبح أكثر من مجرد مسألة تحديد حجم الموصلات.

المسار الحالي يتجاوز مجرد قضيب التوصيل

عند النظر إلى توزيع الطاقة في الرفوف، من السهل التركيز على قضيب التوصيل لأنه العنصر الأكثر وضوحًا ذو التيار العالي.

لكن المسار الكهربائي يشمل أيضاً المحطات الطرفية والوصلات والموصلات وأجهزة التبديل والواجهات الأخرى.

قد تصبح هذه النقاط مهمة في ظل التشغيل المستمر عالي الطاقة.

على سبيل المثال، قد يكون لمسارين للتوزيع تصنيفات تيار اسمية متشابهة بينما يتصرفان بشكل مختلف في التشغيل الفعلي بسبب الاختلافات في مقاومة التوصيل أو الظروف الحرارية أو التخطيط المادي.

ولهذا السبب يجب مراعاة مسار التيار الكامل بدلاً من تقييم قضيب التوصيل وحده.

ينطبق المبدأ نفسه عند تصميم الرفوف لاستيعاب توسعات الطاقة المستقبلية. فزيادة الطاقة المتاحة لا تقتصر على قدرة الموصل الرئيسي على حمل تيار أكبر، بل تتطلب أيضًا وجود هامش كافٍ من الطاقة الكهربائية والحرارية للوصلات والمكونات المحيطة.

حيث تصبح الحماية جزءًا من الهندسة المعمارية

ترتبط الحماية ارتباطاً وثيقاً بطريقة توزيع الطاقة.

يجب عزل أي عطل يحدث في اتجاه التيار دون التأثير بشكل غير ضروري على أجزاء أخرى من الرف أو نظام الطاقة في اتجاه التيار. وفي الوقت نفسه، يجب أن يعمل جهاز الحماية في ظل ظروف الجهد والتيار المستمر الفعلية وظروف العطل.

وهذا يجعل اختيار الحماية مسألة معمارية وليست مجرد عملية اختيار مكونات.

اعتمادًا على تصميم الرف، قد يتم استخدام الصمامات والموصلات وأجهزة التبديل أو العزل الأخرى في نقاط مختلفة في مسار الطاقة.

قد تختلف متطلباتها باختلاف مكان تركيبها.

قد يتعرض جهاز قريب من مصدر التيار المستمر الرئيسي لظروف أعطال مختلفة عن جهاز آخر يستخدم في اتجاه التيار. لذا، يجب مراعاة التيار المستمر، وقدرة القطع، ومتطلبات التبديل، والظروف الحرارية، والتحمل الكهربائي معًا.

لا يقتصر التبديل على تشغيل الطاقة وإيقافها فقط

يمكن أن تحتوي أجهزة التبديل DC على عدة وظائف في رف عالي الطاقة، بما في ذلك الاتصال المتحكم فيه، والفصل، والعزل الكهربائي.

يعتمد اختيارهم على ظروف التشغيل الفعلية للنظام.

لا يمثل الجهد والتيار سوى جزء من الصورة. قد يحتاج المهندسون أيضًا إلى مراعاة نوع الحمل، وتردد التبديل، والتحمل الكهربائي المتوقع، وظروف الأعطال، ودرجة الحرارة المحيطة بالجهاز.

كما أن بنية الحماية والتحكم المحيطة بها لها أهمية أيضاً.

لهذا السبب، لا يمكن بالضرورة تطبيق نفس مكون التبديل على كل موضع في الرف لمجرد أن الجهد والتيار الاسميين يبدوان كافيين.

غالباً ما تظهر الحرارة عند نقاط التماس.

لا تنشأ المشاكل الحرارية دائماً من أكبر مكون.

عند التيار العالي، يمكن أن تصبح نقاط التوصيل مصادر مهمة للحرارة لأن المقاومة الكهربائية موجودة في جميع أنحاء مسار التيار.

تساهم وصلات قضبان التوصيل، والمحطات الطرفية، والموصلات، وأجهزة التبديل جميعها في السلوك الحراري العام للرف.

لذا فإن التصميم المادي مهم.

قد يكون للمكون سعة كهربائية كافية في ظل ظروف محددة، ولكن درجة حرارة التشغيل الفعلية يمكن أن تتغير عند تركيبه داخل رف صغير الحجم ذي تدفق هواء محدود ومصادر حرارة قريبة.

بالنسبة لأنظمة الذكاء الاصطناعي عالية الطاقة، يجب أن يتبع التقييم الحراري المسار الكهربائي بدلاً من أن يتم التعامل معه كمسألة منفصلة.

تغيرات توزيع الجهد العالي أكثر من التيار

يمكن لتوزيع التيار المستمر ذي الجهد العالي أن يقلل التيار في مسار طاقة معين، ولكن هذا التغيير يؤثر أيضًا على المكونات المحيطة بهذا المسار.

يجب أن تتوافق متطلبات العزل، والزحف، والمسافة الفاصلة، وقدرة التبديل، وتنسيق الحماية مع مستوى الجهد المحدد.

هنا يتقاطع التوزيع على مستوى الرف مع التوجه الأوسع نحو بنى مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي ذات الجهد العالي.

قد يستفيد نظام التوزيع العلوي من التيار المنخفض، بينما قد تتطلب المعدات السفلية خصائص إدخال وتحويل مختلفة.

لذا لا يمكن فصل قرار الجهد عن بنية الرف.

تتم مناقشة العلاقة بين توزيع الجهد العالي ونظام الطاقة الأوسع لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي بمزيد من التفصيل في مقالتنا حول توزيع الطاقة بجهد 800 فولت تيار مستمر في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.

يجب أن تكون الطاقة المُزوَّدة للرف قابلة للصيانة أيضًا

لا يقتصر دور الرف عالي الطاقة على كونه نظامًا كهربائيًا فحسب، بل هو أيضًا عبارة عن معدات يجب فحصها وصيانتها وربما تعديلها.

مع ازدياد عدد مكونات الطاقة الموضوعة في مساحة محدودة، تزداد أهمية إمكانية الوصول إليها.

إذا كانت هناك حاجة إلى صيانة جهاز تبديل أو مكون حماية أو نقطة اتصال، فيجب على المهندسين معرفة كيفية عزل هذا الجزء وكيفية توفير الوصول إليه دون إزعاج بقية الرف بشكل غير ضروري.

يمكن أن يؤثر هذا على الترتيب المادي لقضبان التوصيل وأجهزة التبديل وواجهات الطاقة منذ بداية التصميم.

قد يقلل التصميم المدمج من متطلبات المساحة، ولكن لا ينبغي أن يخلق قيودًا غير ضرورية على الخدمات.

الرف هو حلقة الوصل بين تحويل الطاقة والخادم

غالباً ما تتم مناقشة وحدة الطاقة ونظام طاقة الخادم بشكل منفصل، لكن توزيع الطاقة على مستوى الرف يربط بينهما.

تغادر الطاقة الرف، وتمر عبر هيكل توزيع الرف، وتصل في النهاية إلى مراحل التحويل التي تزود إلكترونيات الخادم.

على مستوى الخادم، تصبح المتطلبات مختلفة مرة أخرى. تصبح التغيرات السريعة في الحمل، وتنظيم الجهد، والكفاءة، وتموج التيار ذات أهمية متزايدة، وتصبح المكونات المغناطيسية مثل محاثات الطاقة جزءًا من مرحلة التحويل اللاحقة.

وهذا يُنشئ سلسلة متصلة:

تحويل الطاقة ← توزيع الطاقة في الرفوف ← تحويل الطاقة ← أحمال الخوادم

إن النظر إلى السلسلة بهذه الطريقة يجعل من السهل فهم سبب تأثير التغيير في قسم واحد على المتطلبات في قسم آخر.

ما الذي يجب فحصه في مسار الطاقة الخاص بالرف؟

قبل وضع اللمسات الأخيرة على بنية الرفوف عالية الطاقة، من المفيد تتبع مسار الطاقة الفعلي والتحقق من كل واجهة بدلاً من النظر فقط إلى مواصفات المكونات الفردية.

الأسئلة الرئيسية عملية نسبياً:

• من أين يدخل التيار الكهربائي إلى الرف؟
• كيف يتم توزيعها على الأحمال المختلفة؟
• أي النقاط تحمل أعلى تيار مستمر؟
• أين يمكن أن تؤدي مقاومة التوصيل إلى توليد حرارة إضافية؟
• أين تكون الحاجة إلى التبديل أو العزل؟
• كيف يتم عزل العطل في اتجاه مجرى التيار؟
• هل يمكن الوصول إلى القسم ذي الصلة بأمان لأغراض الصيانة؟
• هل تتطابق المكونات المختارة مع ظروف الجهد والتيار والحرارة الفعلية؟

يساعد هذا النهج أيضًا في تحديد المشكلات التي قد لا تظهر عند تقييم المكونات بشكل فردي.

يجب تصميم توزيع الطاقة كمسار واحد

عند استخدام طاقة عالية في الرف، لا يمكن التعامل مع قضيب التوصيل، والوصلة، والحماية، والتبديل، ونظام التبريد كأجزاء مستقلة.

جميعهم يعملون على نفس المسار الكهربائي.

قد يؤثر تغيير جهد التوزيع على متطلبات التبديل والعزل. كما أن زيادة طاقة الرفوف قد تُغير الظروف الحرارية حول الوصلات والموصلات. وقد يؤثر تصغير حجم التصميم على سهولة الصيانة.

هذه العلاقات هي التي تجعل توزيع الطاقة على مستوى الرف طبقة هندسية مهمة بين رف الطاقة والخادم.