- Rostoucí poptávka po datech a umělé inteligenci zatěžuje dodávky energie a urychluje přechod z měděných kabelů na optické vlákno v datových centrech.
- Měď má ve srovnání s optickým vláknem vyšší spotřebu energie a silná omezení vzdálenosti, což vede k návrhům sítí zaměřeným na 400G, 800G a vyšší rychlosti.
- Flexibility je dosaženo kombinací modulárního designu, automatizace, nepřetržitého monitorování a decentralizovaného rozvodu elektřiny pomocí prefabrikovaných elektroinstalačních potrubí.
- Řešení bez mědi, jako je napájení přes optické vlákno pro GNSS, umožňují distribuci dat a energie přes optické vlákno, což zlepšuje synchronizaci a snižuje složitost a náklady.
V této souvislosti se tzv. „datová centra bez mědi“ a architektury, které minimalizují používání mědi, objevují jako účinný způsob, jak dosáhnout efektivity, flexibility a udržitelnosti: více optických vláken, řešení napájení přes optické vlákno , modulární distribuce elektřiny a návrhy, které maximálně využívají každý watt a každý metr kabelu.
Nekontrolovatelná poptávka po datech, umělé inteligenci a energii
Globální objem informací nadále roste: odhaduje se, že v roce 2025 bude celosvětově vytvořeno a spotřebováno přibližně 181 zettabajtů dat , což je téměř trojnásobek množství na začátku desetiletí. Tento nárůst vyžaduje, aby datová centra byla mnohem škálovatelnější a schopna téměř za chodu zvyšovat výpočetní a úložnou kapacitu.
Za tímto skokem stojí velkou částí vzestup cloud computingu a vysoce výkonné umělé inteligence . Masivní jazykové modely, pokročilá analytika, služby 5G a aplikace v reálném čase zvyšují nároky na šířku pásma, snižují přijatelné latence a dramaticky zvyšují energetické nároky infrastruktury.
Podle prognóz agentury BloombergNEF by se potřeby elektřiny související s výpočetní technikou s využitím umělé inteligence ve Spojených státech mohly do roku 2035 více než zdvojnásobit. Manažeři jako Jensen Huang (Nvidia) a Sam Altman (OpenAI) již dlouho varují, že na podporu této nové vlny datových center a komplexů umělé inteligence bude zapotřebí bilionů dolarů na novou infrastrukturu.
Úzkým hrdlem však již není ani tak prostor nebo serverová technologie, ale spíše dodávky elektřiny a kapacita přenosových sítí . Přenosová infrastruktura je na mnoha trzích zastaralá, regulační procesy jsou pomalé a lhůty pro připojení nových megawattů k síti se táhnou roky.
Případ Santa Clary: dokončené budovy, které nelze osvětlit
Situace v některých technologických centrech je tak hrozná, že existují dokončená datová centra, připravená k provozu, která léta stojí prázdná a čekají na elektřinu. Přesně to se děje v Santa Claře v Kalifornii, rodném městě společnosti Nvidia a jednom z epicenter světové výpočetní techniky.
Společnost Digital Realty, jeden z největších světových developerů datových center, požádala v roce 2019 o povolení k výstavbě nového zařízení v Santa Claře. Přibližně o šest let později zůstává čtyřpatrová budova o rozloze zhruba 40 000 metrů čtverečních prázdná a čeká na plné napájení od městské energetické společnosti Silicon Valley Power (SVP).
Podobná situace panuje i u společnosti Stack Infrastructure (nyní vlastněné společností Blue Owl Capital), kde je blízký projekt s kritickou kapacitou až 48 megawattů také pozastaven . Oba developeři jsou závislí na tom, že společnost SVP dokončí modernizaci svého elektrického systému v hodnotě přibližně 450 milionů dolarů s plánovaným dokončením kolem roku 2028.
Santa Clara má mezitím již více než padesát datových center v provozu nebo ve výstavbě , což odráží míru, do jaké místní poptávka po digitální kapacitě převyšuje rostoucí kapacitu elektrické sítě. V takových prostředích se počítá každý watt a jakákoli technologie, která umožňuje úspory energie nebo snižuje ztráty v kabeláži a distribuci, se stává klíčovou.
Problém se netýká pouze Kalifornie: v severní Virginii, slavné „Data Center Alley“, kterou obsluhuje společnost Dominion Energy, se objevují zprávy o čekání na připojení velkých datových center v délce jednoho až tří let – a v některých případech až sedmi let . V Oregonu si společnost Amazon stěžovala na nedostatek energie pro několik projektů, což ilustruje rostoucí napětí mezi provozovateli a energetickými společnostmi.
Co se děje s kabeláží v datovém centru?
Kromě problémů s napájením prochází transformací i vnitřní design datových center: měděné kabely zaostávají za řešeními založenými na optických vláknech , zejména s prudkým nárůstem přenosových rychlostí.
Během pouhých několika let jsme se dostali ze standardu 40 Gb/s na 100 Gb/s a spojení s rychlostí 400 Gb/s se stávají rozšířenými ve vysoce výkonných nasazeních. Hned za rohem průmysl již plánuje skoky na 800 Gb/s a dokonce 1,6 Tb/s , v návaznosti na plán Ethernetu stanovený organizací IEEE. Udržování těchto rychlostí pomocí mědi se stává stále složitějším, nákladnějším a energeticky náročnějším.
Dnes se optická vlákna stala standardem prakticky v celé síti datových center, od agregační vrstvy až po vrstvu jádra, a také mezi místnostmi a budovami. Poslední baštou mědi jsou krátké spoje mezi přepínači a servery v rámci racku nebo bezprostředního okolí , kde se pro velmi krátké vzdálenosti a střední rychlosti stále používají kroucené dvoulinky nebo DAC.
Po léta se předpovídal zánik mědi v datových centrech a ačkoli se jí podařilo vydržet déle, než mnozí očekávali, kombinace omezení vzdálenosti, neustále rostoucích energetických potřeb a tlaku na navrhování energeticky úsporných datových center tlačí k novému bodu zlomu.
Spotřeba energie: Achillova pata mědi
Jedním z největších problémů s mědí ve vysokorychlostních prostředích je její výrazně vyšší spotřeba energie ve srovnání s optickým vláknem . Nad 10 Gb/s se kroucená dvojlinka (UTP/STP) prakticky vytratila z kritických prostředí kvůli konstrukčním a účinnostním omezením.
V měděném spojení musí každý konec napájet elektrickou signalizaci kanálu . Měděné transceivery 10G obvykle spotřebovávají přibližně 3–5 wattů. To se může zdát nevýznamné, ale když se to vynásobí tisíci porty, dopad na energetickou spotřebu a chlazení datového centra se stává enormním.
Pro srovnání, měděné moduly spotřebovávají téměř desetkrát více energie než mnoho ekvivalentních vícemódových optických transceiverů . K tomu se přidávají nepřímé náklady na odvod přebytečného tepla, což vyžaduje naddimenzování klimatizačních a tepelných systémů, což dále zvyšuje provozní náklady.
Když se vezmou v úvahu náklady na kompenzaci dodatečného tepla, provozní náklady spojené s mědí se mohou snadno zdvojnásobit oproti infrastruktuře založené na optických vláknech . V prostředí, kde jsou energetické marže stále omezenější a regulační tlak na účinnost roste, je tento rozdíl zásadní.
Ztráta signálu a omezení vzdálenosti mědi
Dalším hlavním omezením mědi je ztráta signálu s rostoucí rychlostí a vzdáleností . Elektrické signály trpí útlumem a jsou omezeny možnostmi ASIC a kompenzačními technikami potřebnými k udržení integrity signálu v celém spojení.
Při velmi vysokých rychlostech je k přenosu i na krátké vzdálenosti při použití mědi zapotřebí výrazně více energie , což je v naprostém rozporu s cílem snižovat spotřebu energie. Dokonce i kabely DAC s krátkým dosahem začínají vykazovat tato omezení, což komplikuje dříve relativně jednoduché konstrukce.
Rostoucí kapacita přepínačů je také převratným faktorem. Dnes může jeden 1U přepínač obsluhovat několik serverových racků . Při rychlostech požadovaných moderními aplikacemi již měděné kabely nedokážou pokrýt všechny tyto vzdálenosti, a to ani v relativně kompaktních chodbách, bez nadměrného ovlivnění spotřeby energie.
Mnoho operátorů proto opouští klasický model „top-of-rack“ založený na krátkých měděných spojích a zavádí konstrukce s agregačními přepínači v pozicích „uprostřed řady“ nebo „na konci řady“, podporované strukturovanou kabeláží, většinou optickými vlákny. To snižuje složitost, zlepšuje škálovatelnost a pomáhá optimalizovat signálové cesty a spotřebu energie.
Směrem k interním sítím zaměřeným na 800G a 1,6T
Plán pro ethernetové technologie na 800G a 1,6T není vzdálenou ambicí, ale praktickou nutností v reakci na explozi šířky pásma, snižování latence a vzestup umělé inteligence, internetu věcí a masivní virtualizace . Poskytovatelé hyperscale již připravují své infrastruktury s ohledem na tyto pokroky.
V této souvislosti nabízí strukturovaná optická kabeláž jasnou cestu vpřed. Architektury založené na 16vláknové infrastruktuře umožňují řádné škálování na tyto vysoké rychlosti, efektivně využívají dostupnou šířku pásma a usnadňují agregaci a deagregaci linek.
Dobře naplánovaný 16vláknový design může například umožnit jednomu vysokokapacitnímu přepínači obsluhovat přibližně 192 serverů , což usnadňuje úkoly, jako je nastavení a správa serveru , s výrazným zlepšením z hlediska latence, využití portů a celkových nákladů na přenesený bit.
Specializovaní výrobci uvádějí, že mnoho velkých podnikových a veřejných cloudových datových center dosáhlo bodu zlomu, kdy je investice do optických vláken „až na server“ nejracionálnější možností . Zaměřují se na hyperškálovatelná prostředí a docházejí k závěru, že replikace těchto strategií ve vlastním měřítku je jediný způsob, jak se vyhnout zaostávání.
To neznamená, že měď úplně zmizí: stále budou existovat oblasti s nízkou šířkou pásma a velmi krátkými vzdálenostmi , kde cenový rozdíl ospravedlňuje její použití, zejména v malých datových centrech nebo méně náročných scénářích. Její význam však klesá a její použití se stává stále specifičtějším.
Role optických vláken v Latinské Americe a na dalších rozvíjejících se trzích
Přechod na řešení s dominancí optických vláken se neomezuje pouze na hlavní severoamerická nebo evropská centra. V Latinské Americe rapidně roste využívání optických vláken , což pokládá základy pro modernější a efektivnější sítě datových center.
Nedávná data OECD ukazují, že země jako Kostarika zaznamenaly za pouhý jeden rok nárůst nasazování optických vláken o téměř 74 % , zatímco Kolumbie a Mexiko zaznamenaly ve stejném analyzovaném období nárůst o 43 %, respektive 36 %.
Tento skok neznamená, že měď bude přes noc vyřazena z rovnice, ale odráží jasný posun investic směrem k optické infrastruktuře , zejména v těch segmentech sítě, kde jsou výhody v oblasti vzdálenosti, kapacity a spotřeby nejzřetelnější.
V praxi vidíme hybridní ekosystém, kde je optická vlákna vyhrazena pro páteřní spojení, agregaci a kritické segmenty sítě , zatímco měď je znovu využívána ve vysoce lokalizovaných scénářích. S klesajícími náklady na optická vlákna a zlepšováním plug-and-play řešení ekonomický argument pro další rozšiřování měděné infrastruktury slábne.
Flexibilita: klíčové slovo v infrastruktuře datových center
Kromě typu kabelu se v moderních návrzích nejčastěji opakuje slovo „flexibilita “. Vzhledem k měnícím se pracovním zátěžím, rychle se vyvíjejícím technologiím a stále nestálejší poptávce po energii se musí datová centra umět přizpůsobit bez dlouhodobých odstávek nebo rozsáhlých stavebních projektů.
Z elektrotechnického hlediska je kontinuita dodávek zásadní: jakékoli přerušení dodávek může vést ke ztrátě dat, nákladným výpadkům služeb a poškození reputace . Proto jsou spolehlivost, redundance a odolnost základními pilíři při návrhu elektrických distribučních systémů.
Zároveň operátoři čelí rostoucímu tlaku na snižování své uhlíkové stopy a zlepšování energetické účinnosti . Podle Mezinárodní energetické agentury datová centra a komunikační sítě již nyní představují 2 % až 3 % celosvětové spotřeby elektřiny a přibližně 1 % emisí skleníkových plynů.
Ačkoli se odhady liší, vše nasvědčuje tomu, že se toto číslo v nadcházejících letech zvýší, pokud nebudou přijata rozhodná optimalizační opatření . V tomto scénáři je klíčovou konkurenční výhodou infrastruktura, která umožňuje rekonfiguraci zátěže, zvýšení kapacity nebo integraci nových technologií bez nutnosti přepracovat polovinu budovy.
Klíčová opatření pro flexibilní datové centrum
Aby provozovatelé datových center dosáhli této flexibility, spoléhají se na několik doplňkových strategií, které ovlivňují jak hardware, tak i vrstvu správy a provozu. Mezi nejvýznamnější patří modulární design, pokročilá automatizace, nepřetržité monitorování a decentralizovaná distribuce energie.
Zaprvé, modulární design a infrastruktura umožňují rozšíření nebo rekonfiguraci prostor datových center s minimálním provozním dopadem . Modulární místnosti, prefabrikované racky, zapouzdřené teplé a studené uličky a předem smontovaná řešení usnadňují rychlou migraci a snižují rizika.
Ústřední roli hraje také automatizace a orchestrace: inteligentní nástroje pro správu zdrojů umožňují vyvažování zátěže, vyvažování provozu, optimalizované využití serverů a podporu pro špičkovou zátěž v reálném čase s menším množstvím manuálních zásahů a menším prostorem pro lidské chyby.
Řešení pro monitorování a analýzu v reálném čase navíc poskytují přehled o spotřebě energie, teplotách, využití portů a dalších klíčových parametrech. Na tato data lze poté aplikovat prediktivní analytické algoritmy, které pomáhají předvídat poruchy, odhalovat neefektivitu a přesněji plánovat expanzi.
Konečně sílí i myšlenka decentralizované distribuce elektřiny založené na prefabrikovaných elektrických potrubích , která přibližuje energii tam, kde je potřeba, snižuje ztráty a usnadňuje její růst v modulech bez přerušení dodávky energie nebo větších vnitřních prací.
Decentralizované elektrické rozvody a prefabrikované rozvodné trubky
Tradiční, vysoce centralizované rozvody elektřiny se mohou ve velkých IT místnostech stát nepružnými a neefektivními. Decentralizací části těchto rozvodů a přiblížením bodů dodávky energie k zátěžím se dosahuje několika výhod relevantních pro každodenní provoz.
Jednou z prvních výhod je snížení přenosových ztrát . Pokud jsou elektrické vedení kratší a lépe přizpůsobená skutečné spotřebě, každý dodaný watt se využívá efektivněji a snižují se úbytky napětí a ohřev vodičů.
Zlepšuje se také spolehlivost: decentralizovaná architektura minimalizuje dopad jediné poruchy . Místo jediného kritického bodu, který by odstavil velkou oblast, jsou incidenty omezeny na menší části, což usnadňuje redundanci a údržbu bez ovlivnění celého datového centra.
Z hlediska škálovatelnosti umožňují prefabrikované elektrické rozvodné trubky přidávání napájecích modulů nebo nových větví prakticky „za chodu “, s výrazně kratšími instalačními dobami než u tradičních kabelážních řešení. To se promítá do větší flexibility při začleňování nových rozvaděčů nebo přizpůsobování hustoty zátěže.
Navíc díky strategickému umístění elektrických rozvodných prvků v místnosti získáte svobodu efektivněji navrhovat chodby, proudění vzduchu a trasy datové kabeláže, což je obzvláště důležité v prostředí s vysokou hustotou obyvatelstva, kde se počítá každý centimetr.
Příklad řešení: Vedení sběrnice I-Line Track
Dobrým příkladem tohoto přístupu jsou prefabrikovaná řešení elektrických rozvodů typu Busway , jako je například I-Line Track Busway , speciálně navržená pro IT místnosti a moderní datová centra. Jedná se o robustní, modulární systémy navržené tak, aby nabízely bezpečnost, flexibilitu a efektivitu.
Například kabelová trubka I-Line Track Busway je certifikována podle normy IEC 61439-6 a používá měď s velmi vysokou čistotou , kolem 99,9 %, což má za následek vodivost přesahující 98 %. Tato úroveň kvality vodiče je klíčem k minimalizaci ztrát a zajištění stabilního dodávky energie.
Mezi jeho vlastnosti patří zásuvný systém pro rychlé připojení rozvodných krabic , který umožňuje připojení odbočných obvodů během několika sekund díky flexibilním svorkám zajišťujícím optimální elektrický kontakt. To drasticky zkracuje dobu instalace a snižuje riziko chyb při zapojení.
Součástí jsou také kotvy typu Easy Lock, oceňované řešení pro pevné upevnění krabic k trubce , a spojovací bloky, které zaručují spolehlivé elektromechanické spojení mezi sekcemi, s upevňovacími systémy určenými pro rychlou montáž ve výrobním prostředí.
Hliníková skříň obsahuje sloty, které mohou pojmout další komunikační sběrnice nebo dokonce optické kabely , například pro nepřetržité tepelné monitorování samotného potrubí. Monitorovací systémy hlavních stanic navíc umožňují kontrolu spotřeby energie, úrovně zatížení a alarmů, což poskytuje další vrstvu přehlednosti a zabezpečení.
Konečně, rozvodné krabice obvykle nabízejí dostatečnou kapacitu pro umístění ochranných zařízení, signalizačních zařízení a elektrických zásuvek a jsou navrženy tak, aby se daly instalovat a odstraňovat s maximální bezpečností, což výrazně usnadňuje údržbu a rozšiřování bez kompromisů v provozu.
Datové a energetické linky bez mědi: sázka na napájení místo optických vláken
Kromě nahrazení mědi optickými vlákny v datovém přenosu jdou někteří výrobci ještě o krok dál s řešeními, která eliminují měď dokonce i z napájení určitých zařízení , zejména v kritických synchronizačních a signalizačních aplikacích.
Výrazným příkladem je společnost HUBER+SUHNER, která vyvinula zcela bezměděné datové a napájecí spojení jako součást svého řešení globálního navigačního satelitního systému (GNSS) a technologie Power-over-Fiber. Tyto typy systémů jsou obzvláště zajímavé pro datová centra a prostředí 5G, která vyžadují extrémně přesnou synchronizaci času.
Tradičně byly antény GNSS napájeny měděnými kabely, které přenášely jak napájení, tak signál , často s dalším vyhrazeným kabelem pouze pro napájení. To komplikuje fyzické rozmístění, zvyšuje hmotnost kabeláže a omezuje provozní vzdálenosti.
Řešení napájení GNSS přes optické vlákno od společnosti HUBER+SUHNER eliminuje potřebu samostatného napájecího kabelu tím, že k současnému přenosu signálu a napájení antény využívá samotné optické vlákno . To zjednodušuje instalaci, zkracuje dobu nasazení a minimalizuje závislost na napájecích kanálech v těžko dostupných stropech nebo výklencích.
Jednou z hlavních výhod tohoto přístupu je, že zvyšuje možnou vzdálenost mezi vysílačem a přijímačem z několika metrů na několik kilometrů , bez degradace signálu a omezení, která jsou dána mědí. To umožňuje mnohem větší flexibilitu při distribuci signálů GNSS prostřednictvím vnitřní optické infrastruktury budovy nebo kampusu.
Výhody GNSS a napájení přes optické vlákno v datových centrech
Satelitní signály se jen zřídka dostanou do vysoce izolovaných vnitřních prostor, jako jsou místnosti datových center , s dostatečnou silou díky stínění, které poskytuje samotná konstrukce budovy. Kombinací venkovního příjmu GNSS s vnitřním rozvodem optických vláken lze doručit přesné časové reference do oblastí, kde jsou skutečně potřeba.
Tato kombinace umožňuje bezpečnou, spolehlivou a robustní distribuci signálů GNSS po celé budově, což zlepšuje synchronizaci síťových zařízení, telekomunikačních systémů a aplikací, které jsou závislé na velmi krátkých referenčních časech.
Použitím optického kabelu jako média pro distribuci energie a signálu je dosaženo prakticky neomezené časově omezené vzdálenosti s menší náchylností k elektromagnetickému rušení . Na rozdíl od mědi se optický kabel nechová jako šumová anténa, čímž se zlepšuje kvalita distribuovaných signálů.
Pro poskytovatele a operátory to znamená možnost využít stávající optickou infrastrukturu , platit pouze za skutečně využitou kapacitu a ponechat prostor pro budoucí rozšíření, aniž by bylo nutné kabeláž přepracovávat od nuly. Je to jasně strategie „připravená na budoucnost“, která dobře zapadá do filozofie modulárních a škálovatelných datových center.
Z provozního hlediska se díky zamezení další měděné kabeláže a použití stejné optické trasy pro napájení a signál snižují náklady na instalaci, doby nasazení a potenciální body selhání , což je vysoce ceněno v prostředích s minimálními intervaly údržby.
Celý tento soubor trendů – migrace z mědi na optické kabely, decentralizace distribuce energie, zavádění prefabrikovaných kabelových rozvodů a vznik bezměděných napájecích spojení, jako je power-over-fiber – tlačí datová centra k efektivnějším, odolnějším a škálovatelnějším architekturám . Ti, kteří dokáží tyto prvky efektivně kombinovat, budou lépe připraveni odolat explozivnímu růstu poptávky po datech, splnit cíle udržitelnosti a přizpůsobit se dalším technologickým vlnám, aniž by museli pokaždé začínat od nuly.
