- La crescente domanda di dati e intelligenza artificiale sta mettendo a dura prova l'alimentazione elettrica e accelerando la migrazione dal rame alla fibra nei data center.
- Rispetto alla fibra, il rame ha un consumo energetico più elevato e notevoli limitazioni di distanza, il che spinge a progettare reti orientate verso 400G, 800G e oltre.
- La flessibilità è ottenuta combinando progettazione modulare, automazione, monitoraggio continuo e distribuzione elettrica decentralizzata tramite condotti prefabbricati.
- Le soluzioni senza rame, come la tecnologia Power-over-Fiber per GNSS, consentono di distribuire dati ed energia tramite fibra, migliorando la sincronizzazione e riducendo complessità e costi.
In questo contesto, i cosiddetti "data center senza rame" e le architetture che minimizzano l'uso del rame si stanno affermando come una soluzione efficace per ottenere efficienza, flessibilità e sostenibilità: più fibra ottica, soluzioni power-over-fiber , distribuzione elettrica modulare e progetti che sfruttano al meglio ogni watt e ogni metro di cavo.
Domanda incontrollata di dati, intelligenza artificiale ed energia
Il volume globale di informazioni continua a crescere: si stima che nel 2025 verranno creati e consumati in tutto il mondo circa 181 zettabyte di dati , quasi il triplo rispetto all'inizio del decennio. Questa impennata richiede che i data center siano molto più scalabili, in grado di aumentare la capacità di calcolo e di archiviazione quasi istantaneamente.
L'ascesa del cloud computing e dell'intelligenza artificiale ad alte prestazioni è alla base di gran parte di questo balzo in avanti. Modelli linguistici di grandi dimensioni, analisi avanzate, servizi 5G e applicazioni in tempo reale aumentano la richiesta di larghezza di banda, riducono i margini di latenza accettabili e incrementano drasticamente il fabbisogno energetico delle infrastrutture.
Secondo le previsioni di BloombergNEF, il fabbisogno energetico legato al calcolo basato sull'intelligenza artificiale negli Stati Uniti potrebbe più che raddoppiare entro il 2035. Dirigenti come Jensen Huang (Nvidia) e Sam Altman (OpenAI) avvertono da tempo che saranno necessari trilioni di dollari in nuove infrastrutture per supportare questa nuova ondata di data center e complessi di intelligenza artificiale.
Tuttavia, il collo di bottiglia non risiede più tanto nello spazio o nella tecnologia dei server, quanto nell'approvvigionamento di energia elettrica e nella capacità delle reti di trasmissione . Le infrastrutture di trasmissione sono obsolete in molti mercati, i processi normativi sono lenti e i tempi per connettere nuovi megawatt alla rete si allungano per anni.
Il caso di Santa Clara: edifici completati che non possono essere illuminati
In alcuni centri tecnologici la situazione è talmente critica che interi data center, pronti per l'uso, rimangono vuoti per anni in attesa di alimentazione elettrica. È quanto sta accadendo a Santa Clara, in California, città natale di Nvidia e uno degli epicentri mondiali dell'informatica.
Digital Realty, uno dei maggiori sviluppatori di data center al mondo, ha richiesto nel 2019 un permesso per costruire una nuova struttura a Santa Clara. Circa sei anni dopo, l'edificio di quattro piani, di circa 40.000 metri quadrati, rimane vuoto, in attesa della piena fornitura di energia elettrica da parte della società municipale, Silicon Valley Power (SVP).
Una situazione simile si riscontra per Stack Infrastructure (ora di proprietà di Blue Owl Capital), con un progetto nelle vicinanze, della capacità critica fino a 48 megawatt, che rimane anch'esso bloccato . Entrambi gli sviluppatori dipendono dal completamento da parte di SVP di un ammodernamento del suo sistema elettrico, del valore di circa 450 milioni di dollari, con una data di completamento prevista intorno al 2028.
Nel frattempo, Santa Clara conta già oltre cinquanta data center operativi o in costruzione , a dimostrazione di come la domanda locale di capacità digitale superi la capacità di crescita della rete elettrica. In contesti come questo, ogni watt conta e qualsiasi tecnologia che consenta di risparmiare energia o di ridurre le perdite nel cablaggio e nella distribuzione diventa cruciale.
Il problema non è esclusivo della California: nel Nord della Virginia, nella famosa "Data Center Alley" servita da Dominion Energy, si registrano tempi di attesa da uno a tre anni – e in alcuni casi fino a sette – per la connessione di grandi data center . In Oregon, Amazon si è lamentata dell'insufficienza di energia elettrica per diversi progetti, a dimostrazione della crescente tensione tra operatori e società di servizi pubblici.
Cosa sta succedendo al cablaggio del data center?
Oltre ai problemi di alimentazione elettrica, anche la progettazione interna dei data center sta subendo una trasformazione: il cablaggio in rame sta perdendo terreno rispetto alle soluzioni in fibra ottica , soprattutto con l'aumento vertiginoso delle velocità di trasmissione.
In pochi anni, siamo passati da 40 Gbps a 100 Gbps, ormai quasi lo standard, e i collegamenti a 400 Gbps si stanno diffondendo sempre più nelle implementazioni ad alte prestazioni. A breve, il settore sta già pianificando salti a 800G e persino a 1,6 Tbps , seguendo la roadmap Ethernet definita dall'IEEE. Mantenere queste velocità con il rame sta diventando sempre più complesso, costoso e dispendioso in termini di energia.
Oggi, la fibra ottica è diventata lo standard praticamente in tutta la rete dei data center, dal livello di aggregazione al livello centrale, nonché tra stanze ed edifici. L'ultimo baluardo del rame è rappresentato dai brevi collegamenti tra switch e server all'interno del rack o nelle immediate vicinanze , dove i cavi a doppino intrecciato o i DAC sono ancora utilizzati per distanze molto brevi e velocità moderate.
Da anni si prevede la fine del rame nei data center e, sebbene sia riuscito a durare più a lungo di quanto molti si aspettassero, la combinazione di limiti di distanza, fabbisogno energetico in costante aumento e la pressione per progettare data center efficienti dal punto di vista energetico sta spingendo verso un nuovo punto di svolta.
Consumo energetico: il tallone d'Achille del rame
Uno dei maggiori problemi del rame negli ambienti ad alta velocità è il suo consumo energetico significativamente più elevato rispetto alla fibra ottica . Al di sopra dei 10 Gbps, le implementazioni a doppino intrecciato (UTP/STP) sono praticamente scomparse dagli ambienti mission-critical a causa di limitazioni di progettazione ed efficienza.
In un collegamento in rame, ciascuna estremità deve alimentare la segnalazione elettrica del canale . I ricetrasmettitori in rame da 10G consumano in genere circa 3-5 watt ciascuno. Questo può sembrare insignificante, ma se moltiplicato per migliaia di porte, l'impatto sul bilancio energetico e sul raffreddamento del data center diventa enorme.
In confronto, i moduli in rame consumano quasi dieci volte più energia rispetto a molti ricetrasmettitori in fibra multimodale equivalenti . A ciò si aggiunge il costo indiretto della dissipazione del calore in eccesso generato, che rende necessario sovradimensionare i sistemi di condizionamento e gestione termica, aumentando ulteriormente i costi operativi.
Considerando il costo necessario per compensare il calore aggiuntivo, le spese operative associate al rame possono facilmente raddoppiare rispetto a quelle di un'infrastruttura in fibra ottica . In un contesto in cui i margini energetici sono sempre più ristretti e la pressione normativa sull'efficienza è in aumento, questa differenza è cruciale.
Perdita di segnale e limitazioni di distanza del rame
L'altro limite principale del rame è la perdita di segnale all'aumentare della velocità e della distanza . I segnali elettrici subiscono attenuazione e sono limitati dalle capacità degli ASIC e dalle tecniche di compensazione necessarie per mantenere l'integrità del segnale lungo il collegamento.
Ad altissime velocità, è necessaria molta più energia per percorrere anche brevi distanze utilizzando il rame , il che contraddice completamente l'obiettivo di ridurre il consumo energetico. Persino i cavi DAC a corto raggio iniziano a mostrare questi limiti, complicando progetti che in precedenza erano relativamente semplici.
Anche la crescente capacità degli switch rappresenta un punto di svolta. Oggi, un singolo switch 1U può servire più rack di server . Alle velocità richieste dalle applicazioni moderne, il cablaggio in rame non è più in grado di coprire tutte queste distanze, nemmeno in corridoi relativamente compatti, senza incidere eccessivamente sul consumo energetico.
Pertanto, molti operatori stanno abbandonando il classico modello "top-of-rack" basato su brevi collegamenti in rame e adottando progetti con switch di aggregazione in posizione "middle-of-row" o "end-of-row", supportati da cablaggio strutturato, principalmente in fibra ottica. Ciò riduce la complessità, migliora la scalabilità e contribuisce a ottimizzare i percorsi del segnale e il consumo energetico.
Verso reti interne orientate a 800G e 1,6T
La roadmap di Ethernet verso 800G e 1,6T non è un obiettivo lontano, ma una necessità pratica per rispondere all'esplosione della larghezza di banda, alla riduzione della latenza e all'ascesa dell'intelligenza artificiale, dell'IoT e della virtualizzazione massiva . I fornitori di servizi hyperscale stanno già preparando le proprie infrastrutture tenendo conto di questi progressi.
In questo contesto, il cablaggio strutturato in fibra ottica offre una chiara via da seguire. Le architetture basate su infrastrutture a 16 fibre consentono una scalabilità ordinata verso queste elevate velocità, utilizzando in modo efficiente la larghezza di banda disponibile e facilitando l'aggregazione e la deaggregazione dei collegamenti.
Una progettazione ben pianificata a 16 fibre può, ad esempio, consentire a un singolo switch ad alta capacità di servire circa 192 server , facilitando attività come la configurazione e la gestione di un server , con notevoli vantaggi in termini di latenza, utilizzo delle porte e costo totale per bit trasportato.
I produttori specializzati indicano che molti data center di grandi aziende e cloud pubblici hanno raggiunto un punto di svolta in cui investire nella fibra "fino al server" rappresenta l'opzione più razionale . Osservando gli ambienti hyperscale, concludono che replicare queste strategie su scala propria sia l'unico modo per evitare di rimanere indietro.
Questo non significa che il rame scomparirà del tutto: esisteranno ancora nicchie a bassa larghezza di banda e a brevissima distanza in cui la differenza di prezzo ne giustificherà l'utilizzo, soprattutto nei piccoli data center o in scenari meno esigenti. Tuttavia, la sua importanza sta diminuendo e il suo impiego sta diventando sempre più specifico.
Il ruolo della fibra in America Latina e in altri mercati emergenti
La transizione verso soluzioni basate sulla fibra ottica non si limita ai principali hub nordamericani o europei. In America Latina, l'adozione della fibra ottica sta crescendo rapidamente , ponendo le basi per reti di data center più moderne ed efficienti.
Dati recenti dell'OCSE mostrano che paesi come il Costa Rica hanno registrato una crescita nella diffusione della fibra ottica di quasi il 74% in un solo anno , mentre Colombia e Messico hanno registrato aumenti rispettivamente del 43% e del 36% nello stesso periodo analizzato.
Questo salto non significa che il rame verrà eliminato dall'equazione da un giorno all'altro, ma riflette un chiaro spostamento degli investimenti verso le infrastrutture in fibra ottica , soprattutto in quei segmenti di rete in cui i vantaggi in termini di distanza, capacità e consumo sono più evidenti.
In pratica, ciò che osserviamo è un ecosistema ibrido in cui la fibra è riservata ai collegamenti dorsali, all'aggregazione e ai segmenti di rete critici , mentre il rame viene riutilizzato in scenari altamente localizzati. Con la diminuzione dei costi della fibra e il miglioramento delle soluzioni plug-and-play, la giustificazione economica per continuare ad espandere l'infrastruttura in rame si indebolisce.
Flessibilità: la parola chiave nell'infrastruttura del data center
Al di là del tipo di cavo, la parola che ricorre più frequentemente nei progetti moderni è "flessibilità ". Con carichi di lavoro in continua evoluzione, tecnologie in rapido sviluppo e una domanda di energia sempre più instabile, i data center devono essere in grado di adattarsi senza interruzioni prolungate o imponenti progetti di ristrutturazione.
Dal punto di vista elettrico, la continuità del servizio è fondamentale: qualsiasi interruzione nella fornitura può comportare la perdita di dati, costosi disservizi e danni alla reputazione . Pertanto, affidabilità, ridondanza e resilienza sono pilastri fondamentali nella progettazione dei sistemi di distribuzione elettrica.
Al contempo, gli operatori si trovano ad affrontare una pressione crescente per ridurre la propria impronta di carbonio e migliorare l'efficienza energetica . Secondo l'Agenzia Internazionale dell'Energia, i data center e le reti di comunicazione rappresentano già tra il 2% e il 3% del consumo globale di elettricità e circa l'1% delle emissioni di gas serra.
Sebbene le stime varino, tutto lascia presagire che questa cifra aumenterà nei prossimi anni se non verranno adottate misure di ottimizzazione decisive . In questo scenario, disporre di un'infrastruttura che consenta la riconfigurazione del carico, l'aumento della capacità o l'integrazione di nuove tecnologie senza dover riprogettare metà dell'edificio rappresenta un vantaggio competitivo fondamentale.
Misure chiave per un data center flessibile
Per raggiungere questa flessibilità, gli operatori dei data center si affidano a diverse strategie complementari che interessano sia l'hardware che i livelli di gestione e operativi. Tra le più importanti figurano la progettazione modulare, l'automazione avanzata, il monitoraggio continuo e la distribuzione decentralizzata dell'energia.
Innanzitutto, la progettazione modulare e l'infrastruttura consentono di espandere o riconfigurare le aree del data center con un impatto operativo minimo . Sale modulari, rack prefabbricati, corridoi caldi e freddi incapsulati e soluzioni preassemblate facilitano migrazioni rapide e riducono i rischi.
Anche l'automazione e l'orchestrazione giocano un ruolo centrale: strumenti intelligenti di gestione delle risorse consentono il bilanciamento del carico, il bilanciamento del traffico, l'utilizzo ottimizzato dei server e il supporto dei picchi di domanda in tempo reale, con un minore intervento manuale e un margine di errore umano ridotto.
Inoltre, le soluzioni di monitoraggio e analisi in tempo reale offrono visibilità su consumo energetico, temperature, utilizzo del porto e altri parametri chiave. A questi dati possono quindi essere applicati algoritmi di analisi predittiva per anticipare i guasti, individuare le inefficienze e pianificare le espansioni con maggiore precisione.
Infine, sta prendendo piede l'idea di una distribuzione elettrica decentralizzata basata su condotti elettrici prefabbricati , che avvicina l'energia al luogo in cui è necessaria, riduce le perdite e facilita l'espansione modulare senza interruzioni del servizio o importanti interventi interni.
Distribuzione elettrica decentralizzata e condotte prefabbricate
Nei grandi locali server, la distribuzione elettrica tradizionale, altamente centralizzata, può risultare rigida e inefficiente. Decentralizzando parte di tale distribuzione e avvicinando i punti di erogazione dell'energia ai carichi , si ottengono diversi vantaggi rilevanti per le operazioni quotidiane.
Uno dei primi vantaggi è la riduzione delle perdite di trasmissione . Se le linee elettriche sono più corte e meglio adattate al consumo effettivo, ogni watt fornito viene utilizzato in modo più efficiente e si riducono le cadute di tensione e il riscaldamento dei conduttori.
Inoltre, migliora l'affidabilità: un'architettura decentralizzata riduce al minimo l'impatto di un singolo guasto . Invece di un singolo punto critico che mette offline un'ampia area, gli incidenti sono circoscritti a sezioni più piccole, facilitando la ridondanza e la manutenzione senza compromettere l'intero data center.
In termini di scalabilità, i condotti elettrici prefabbricati consentono l'aggiunta di moduli di alimentazione o nuove derivazioni praticamente "al volo ", con tempi di installazione significativamente più brevi rispetto alle soluzioni di cablaggio tradizionali. Ciò si traduce in una maggiore agilità nell'integrazione di nuovi rack o nell'adattamento delle densità di carico.
Inoltre, potendo posizionare strategicamente gli elementi di distribuzione elettrica all'interno della stanza , si ottiene la libertà di progettare corridoi, flussi d'aria e percorsi di cablaggio dati in modo più efficiente, aspetto particolarmente importante in ambienti ad alta densità dove ogni centimetro conta.
Esempio di soluzione: canalizzazione del binario busway della linea I
Un buon esempio di questo approccio sono le soluzioni di canaline elettriche prefabbricate tipo Busway , come la canalina I-Line Track Busway , progettata specificamente per sale server e moderni data center. Si tratta di sistemi robusti e modulari, progettati per offrire sicurezza, flessibilità ed efficienza.
Il condotto sbarre I-Line Track, ad esempio, è certificato secondo la norma IEC 61439-6 e utilizza rame ad altissima purezza , intorno al 99,9%, con una conduttività superiore al 98%. Questo livello di qualità del conduttore è fondamentale per ridurre al minimo le perdite e garantire un'erogazione di energia stabile.
Tra le sue caratteristiche spicca un sistema a innesto rapido per le scatole di derivazione , che consente di collegare i circuiti derivati in pochi secondi grazie a morsetti flessibili che garantiscono un contatto elettrico ottimale. Ciò riduce drasticamente i tempi di installazione e la possibilità di errori di collegamento.
Comprende inoltre ancoraggi di tipo Easy Lock, una soluzione pluripremiata per fissare saldamente le scatole al condotto , nonché blocchi di giunzione che garantiscono un collegamento elettromeccanico affidabile tra le sezioni, con sistemi di fissaggio progettati per un montaggio rapido in ambienti di produzione.
L'involucro in alluminio incorpora delle fessure che possono ospitare bus di comunicazione aggiuntivi o persino cavi in fibra ottica , ad esempio per il monitoraggio termico continuo della condotta stessa. Inoltre, i sistemi di monitoraggio della centrale consentono il controllo del consumo energetico, dei livelli di carico e degli allarmi, fornendo un ulteriore livello di visibilità e sicurezza.
Infine, le scatole di derivazione offrono in genere una capacità sufficiente per alloggiare dispositivi di protezione, dispositivi di segnalazione e prese di corrente , e sono progettate per essere installate e rimosse con la massima sicurezza, il che facilita notevolmente le attività di manutenzione e di espansione senza compromettere il funzionamento.
Collegamenti dati ed elettrici senza rame: la scommessa sulla fibra ottica
Oltre a sostituire il rame con la fibra ottica nel trasporto dati, alcuni produttori si stanno spingendo oltre con soluzioni che eliminano il rame persino dall'alimentazione di determinate apparecchiature , soprattutto nelle applicazioni critiche di sincronizzazione e segnalazione.
Un esempio lampante è quello di HUBER+SUHNER, che ha sviluppato un collegamento dati e alimentazione completamente privo di rame nell'ambito della sua soluzione tecnologica per il Sistema Globale di Navigazione Satellitare (GNSS) e la trasmissione di energia su fibra ottica (Power-over-Fiber). Questi tipi di sistemi sono particolarmente interessanti per i data center e gli ambienti 5G, che richiedono una sincronizzazione temporale estremamente precisa.
Tradizionalmente, le antenne GNSS venivano alimentate tramite cavi in rame che trasportavano sia l'energia che il segnale , spesso con un ulteriore cavo dedicato esclusivamente all'alimentazione. Ciò complica l'installazione fisica, aumenta il peso del cablaggio e limita le distanze operative.
La soluzione GNSS power-over-fiber di HUBER+SUHNER elimina la necessità di un cavo di alimentazione separato, utilizzando la fibra ottica stessa per trasportare simultaneamente segnale e alimentazione all'antenna. Ciò semplifica l'installazione, riduce i tempi di implementazione e minimizza la dipendenza da canali di alimentazione in soffitti o nicchie difficilmente accessibili.
Uno dei principali vantaggi di questo approccio è che aumenta la distanza possibile tra trasmettitore e ricevitore da pochi metri a diversi chilometri , senza il degrado del segnale e le limitazioni imposte dal rame. Ciò consente una flessibilità molto maggiore nella distribuzione dei segnali GNSS attraverso l'infrastruttura interna in fibra ottica di un edificio o di un campus.
Vantaggi del GNSS e della tecnologia Power-over-Fiber nei data center
I segnali satellitari raramente raggiungono con sufficiente intensità gli spazi interni altamente isolati, come le sale dati dei data center , a causa della schermatura offerta dalla struttura stessa dell'edificio. Combinando la ricezione GNSS esterna con la distribuzione interna in fibra ottica, è possibile fornire riferimenti temporali precisi nelle aree in cui sono realmente necessari.
Questa combinazione consente di distribuire i segnali GNSS in modo sicuro, affidabile e robusto in tutto l'edificio, migliorando la sincronizzazione delle apparecchiature di rete, dei sistemi di telecomunicazione e delle applicazioni che dipendono da tempi di riferimento molto ristretti.
Utilizzando la fibra ottica come mezzo di distribuzione di energia e segnale, si ottiene una distanza di riferimento temporale praticamente illimitata, con una minore suscettibilità alle interferenze elettromagnetiche . A differenza del rame, la fibra ottica non funge da antenna di rumore, migliorando così la qualità dei segnali distribuiti.
Per i fornitori e gli operatori, questo significa poter sfruttare l'infrastruttura in fibra ottica esistente , pagando solo per la capacità effettivamente utilizzata e lasciando spazio per future espansioni senza dover ricablare tutto da zero. Si tratta di una strategia chiaramente "orientata al futuro" che si sposa perfettamente con la filosofia dei data center modulari e scalabili.
In termini operativi, evitando ulteriori cablaggi in rame e utilizzando lo stesso percorso in fibra ottica per alimentazione e segnale, si riducono i costi di installazione, i tempi di implementazione e i potenziali punti di guasto , un aspetto molto apprezzato in ambienti in cui le finestre di manutenzione sono minime.
L'insieme di queste tendenze – la migrazione dal rame alla fibra, la decentralizzazione della distribuzione di energia, l'adozione di condotti prefabbricati e l'emergere di collegamenti di alimentazione senza rame come il Power-over-Fiber – sta spingendo i data center verso architetture più efficienti, resilienti e scalabili . Chi saprà combinare efficacemente questi elementi sarà in una posizione migliore per resistere alla crescita esponenziale della domanda di dati, raggiungere gli obiettivi di sostenibilità e adattarsi alle prossime ondate tecnologiche senza dover ricominciare da zero ogni volta.
