Mit HPC und KI-Erweiterungen die Energieprobleme der nächsten Generation lösen

High-Performance-Computing (HPC) Workloads befinden sich im Aufwärtstrend und zeigen keine Anzeichen für eine baldige Verlangsamung. Wie Bloomberg berichtet, wird die generative KI bis 2032 ein Geschäft mit 1,3 Billionen US-Dollar Umsatz sein. Dagegen hat sich die IT-Performance von GPUs in nur 10 Jahren vertausendfacht. Dabei überholt die Entwicklung frühere Versionen immer schneller.

Während Workloads größer werden, stehen die Betreiber von Rechenzentren außerdem vor Problemen aufgrund zunehmender Schwankungen im Stromnetz aufgrund von Spannungsspitzen. Dies treibt sie zu Innovationen bei der Stromversorgung für ihre Rechenzentren an, damit ihre HPC-Workloads effizient unterstützt werden können.

Eine zuverlässige Stromversorgung beginnt mit einer zuverlässigen Energiekette und einem kontinuierlichen Betrieb. Unter den Elementen in der Stromversorgung sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) unerlässlich für die Zuverlässigkeit, den Schutz vor Unterbrechungen der Stromversorgung, die nahtlose Stromversorgung der IT-Geräte sowie für einen stets effizienten Betrieb.

Zum Verständnis der Stromversorgung von Rechenzentren für KI-Anwendungen
Der Stromversorgung (siehe Abbildung 1) ist eine Stromverteilungsstruktur vom Stromnetz bis zu den IT-Geräten. Dazu gehören Schaltanlagen, USV, Stromverteilungseinheiten (PDUs) und weitere wichtige Komponenten. Zusammen stellen diese Technologien Strom für Rechenzentren bereit.

1. Versorgungsnetz oder erneuerbare Energiequelle: Hier kommt der Strom für die Rechenzentrumsinfrastruktur her.
2. Automatischer Transferschalter: Schaltet bei einem Ausfall der Primärstromversorgung nahtlos auf Backup-Stromquellen um und gewährleistet so einen kontinuierlichen Betrieb. Neben der USV gehören zu diesen Backup-Stromquellen:
3. Brennstoffzellen: Diese werden mit Wasserstoff betrieben und können als primäre oder redundante Stromquellen dienen.
4. Batterien mit langer Lebensdauer: Bieten eine höhere Leistungskapazität und Widerstandsfähigkeit als herkömmliche USV-Batterien.
5. Kritische Schaltanlagen: Die erste Verteidigungslinie gegen Störungen von außen, wie z. B. Schwankungen der Versorgungsspannung oder Kurzschlüsse. Sie versorgen das Netz des Rechenzentrums mit Strom. Sie dienen außerdem als wichtige Sicherung zur Isolierung der Geräte während der Wartung oder Reparatur.
6. USV: Sorgt bei Stromausfällen für die kritische Backup-Stromversorgung. Sie dient auch als Puffer und filtert alle Spannungsschwankungen oder -spitzen heraus, die aus dem Netz kommen. Wenn der Netzstrom ausfällt, schaltet sie auf das Batteriestromspeichersystem (BESS) um.
7. BESS: Dient als Puffer für die Stromversorgung und gleicht kurzfristige Schwankungen aus. Wie die USV kann auch das BESS Strom als Energiereserve für einen lokalisierten Bereich speichern.
8. Statische Transferschalter: Sie sorgen für ein sofortiges Umschalten der Stromverbraucher zwischen den Stromquellen und sorgen so für eine kontinuierliche und zuverlässige Stromversorgung.
9. Stromverteilungseinheiten (PDU) und Remote-Panel: Verteilen den Strom effizient auf verschiedene Datenverarbeitungsknoten und Speichersysteme.
10. Stromschienen und Rack-PDU: Versorgen die IT-Geräte mit Strom und erfüllen präzise die Anforderungen der installierten Datenverarbeitungsressourcen.

Drehstromsysteme können durchgängig eine höhere ausgeglichene Stromversorgung liefern. Jeder Strom in einem Drehstromsystem ist um 120 Grad phasenverschoben (siehe Abbildung 2). So wird sichergestellt, dass, wenn eine Phase durch ein Maximum geht, die beiden übrigen weiterhin Strom liefern, so dass es nicht zu einem Leistungsabfall kommt. 

Andererseits sind die Phasen einphasiger Wechselstromsysteme stets um 180 Grad gegeneinander verschoben (siehe Abbildung 3). Daher gibt es Zyklen, in denen die Verbraucher nicht mit Strom versorgt werden. Damit sind sie als ausreichende Stromversorgung nur für leichte gewerbliche und Haushaltsanwendungen geeignet. 

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