Pusat data bebas tembaga: tenaga, gentian dan masa depan infrastruktur digital

Informatec Digital » Sumber » Pusat data bebas tembaga: tenaga, gentian dan masa depan infrastruktur digital

Dalam konteks ini, apa yang dipanggil "pusat data bebas kuprum" dan seni bina yang meminimumkan penggunaan kuprum muncul sebagai cara yang ampuh untuk mendapatkan kecekapan, fleksibiliti dan kemampanan: lebih banyak gentian optik, penyelesaian gentian kuasa atas , pengedaran elektrik modular dan reka bentuk yang memanfaatkan sepenuhnya setiap watt dan setiap meter kabel.

Permintaan yang tinggi untuk data, AI dan tenaga

Jumlah maklumat global terus berkembang: dianggarkan sekitar 181 zetabait data akan dicipta dan digunakan di seluruh dunia pada tahun 2025 , hampir tiga kali ganda jumlahnya pada awal dekad ini. Lonjakan ini memerlukan pusat data menjadi lebih berskala, mampu meningkatkan kapasiti pengkomputeran dan storan hampir dengan pantas.

Kebangkitan pengkomputeran awan dan kecerdasan buatan berprestasi tinggi adalah sebahagian besar daripada lonjakan ini. Model bahasa yang besar-besaran, analitik termaju, perkhidmatan 5G dan aplikasi masa nyata meningkatkan permintaan lebar jalur, mengurangkan margin kependaman yang boleh diterima dan meningkatkan keperluan tenaga infrastruktur secara mendadak.

Menurut ramalan BloombergNEF, keperluan elektrik yang berkaitan dengan pengkomputeran AI di Amerika Syarikat boleh meningkat lebih daripada dua kali ganda menjelang 2035. Eksekutif seperti Jensen Huang (Nvidia) dan Sam Altman (OpenAI) telah lama memberi amaran bahawa berbilion dolar dalam infrastruktur baharu akan diperlukan untuk menyokong gelombang baharu pusat data dan kompleks AI ini.

Walau bagaimanapun, kesesakan bukan lagi terletak pada teknologi angkasa lepas atau pelayan, tetapi pada bekalan elektrik dan kapasiti rangkaian penghantaran kuasa . Infrastruktur penghantaran sudah ketinggalan zaman di banyak pasaran, proses kawal selia lambat, dan garis masa untuk menyambungkan megawatt baharu ke grid telah berlanjutan selama bertahun-tahun.

Kes Santa Clara: bangunan siap yang tidak dapat diterangi

Situasi di beberapa hab teknologi sangat teruk sehingga terdapat pusat data yang telah siap, sedia untuk beroperasi, yang kosong selama bertahun-tahun menunggu bekalan elektrik. Inilah yang berlaku di Santa Clara, California, kampung halaman Nvidia dan salah satu pusat pengkomputeran dunia.

Digital Realty, salah satu pembangun pusat data terbesar di dunia, telah memohon permit pada tahun 2019 untuk membina kemudahan baharu di Santa Clara. Kira-kira enam tahun kemudian, bangunan empat tingkat seluas kira-kira 40.000 meter persegi itu masih kosong, menunggu bekalan elektrik penuh daripada utiliti perbandaran, Silicon Valley Power (SVP).

Situasi yang serupa wujud untuk Stack Infrastructure (kini dimiliki oleh Blue Owl Capital), dengan projek berdekatan sehingga 48 megawatt kapasiti kritikal yang juga masih terhenti . Kedua-dua pemaju bergantung kepada Naib Presiden Kanan (Naib Presiden Kanan) yang menyiapkan naik taraf sistem elektriknya bernilai kira-kira $450 juta, dengan sasaran penyiapan sekitar 2028.

Sementara itu, Santa Clara sudah mempunyai lebih daripada lima puluh pusat data yang sedang beroperasi atau dalam pembinaan , mencerminkan sejauh mana permintaan tempatan untuk kapasiti digital melebihi kapasiti pertumbuhan grid elektrik. Dalam persekitaran seperti ini, setiap watt penting, dan sebarang teknologi yang membolehkan penjimatan tenaga atau mengurangkan kerugian dalam perkabelan dan pengedaran menjadi penting.

Masalahnya bukan sahaja berlaku di California: di Virginia Utara, "Data Center Alley" yang terkenal yang dilayan oleh Dominion Energy, terdapat laporan menunggu selama satu hingga tiga tahun—dan dalam beberapa kes sehingga tujuh tahun—untuk menghubungkan pusat data yang besar . Di Oregon, Amazon telah mengadu tentang kuasa yang tidak mencukupi untuk beberapa projek, menggambarkan ketegangan yang semakin meningkat antara pengendali dan utiliti.

Apa yang berlaku dengan kabel pusat data?

Di samping masalah bekalan kuasa, reka bentuk dalaman pusat data juga sedang mengalami transformasi: kabel berasaskan kuprum ketinggalan berbanding penyelesaian berasaskan gentian optik , terutamanya apabila kelajuan penghantaran melambung tinggi.

Hanya dalam beberapa tahun, kita telah beralih daripada 40 Gbps kepada 100 Gbps sebagai hampir standard, dan pautan 400 Gbps semakin meluas dalam penggunaan berprestasi tinggi. Tidak lama lagi, industri ini telah merancang lonjakan kepada 800G dan juga 1,6 Tbps , mengikut pelan tindakan Ethernet yang ditetapkan oleh IEEE. Mengekalkan kelajuan ini dengan tembaga menjadi semakin kompleks, mahal dan intensif tenaga.

Hari ini, gentian optik telah menjadi standard merentasi hampir keseluruhan rangkaian pusat data, daripada lapisan pengagregatan hingga lapisan teras, serta antara bilik dan bangunan. Benteng tembaga terakhir berada dalam hubungan pendek antara suis dan pelayan dalam rak atau kawasan terdekat , di mana kabel pasangan berpintal atau DAC masih digunakan untuk jarak yang sangat pendek dan kelajuan sederhana.

Selama bertahun-tahun, kepupusan tembaga di pusat data telah diramalkan, dan walaupun ia telah berjaya bertahan lebih lama daripada yang dijangkakan, gabungan batasan jarak, keperluan kuasa yang semakin meningkat, dan tekanan untuk mereka bentuk pusat data yang cekap tenaga sedang menuju ke titik perubahan baharu.

Penggunaan tenaga: tumit Achilles tembaga

Salah satu masalah terbesar dengan tembaga dalam persekitaran berkelajuan tinggi ialah penggunaan kuasa yang jauh lebih tinggi berbanding gentian optik . Melebihi 10 Gbps, penggunaan pasangan berpintal (UTP/STP) hampir hilang daripada persekitaran misi kritikal disebabkan oleh batasan reka bentuk dan kecekapan.

Dalam pautan kuprum, setiap hujung mesti menguasakan isyarat elektrik saluran tersebut . Transceiver kuprum 10G biasanya menggunakan sekitar 3-5 watt setiap satu. Ini mungkin kelihatan tidak penting, tetapi apabila didarabkan dengan ribuan port, impaknya terhadap bajet tenaga dan penyejukan pusat data menjadi sangat besar.

Sebagai perbandingan, modul kuprum menggunakan kuasa hampir sepuluh kali ganda lebih banyak daripada kebanyakan transceiver gentian berbilang mod yang setara . Tambahan pula, kos tidak langsung untuk menghilangkan haba tambahan yang dihasilkan memerlukan saiz sistem penyaman udara dan pengurusan haba yang terlalu besar, seterusnya meningkatkan kos operasi.

Apabila kos pampasan untuk haba tambahan diambil kira, perbelanjaan operasi yang berkaitan dengan tembaga boleh menggandakan kos infrastruktur berasaskan gentian dengan mudah . ​​Dalam persekitaran di mana margin tenaga semakin ketat dan tekanan kawal selia terhadap kecekapan semakin meningkat, perbezaan ini adalah kritikal.

Kehilangan isyarat dan had jarak tembaga

Had utama tembaga yang lain ialah kehilangan isyarat apabila kelajuan dan jarak meningkat . Isyarat elektrik mengalami pelemahan dan dikekang oleh keupayaan ASIC dan teknik pampasan yang diperlukan untuk mengekalkan integriti isyarat di sepanjang pautan.

Pada kelajuan yang sangat tinggi, kuasa yang jauh lebih tinggi diperlukan untuk bergerak walaupun jarak dekat menggunakan tembaga , yang sama sekali bercanggah dengan matlamat untuk mengurangkan penggunaan kuasa. Malah kabel DAC jarak dekat mula menunjukkan batasan ini, merumitkan reka bentuk yang sebelum ini agak mudah.

Kapasiti suis yang semakin meningkat juga merupakan pengubah keadaan. Hari ini, satu suis 1U boleh digunakan untuk berbilang rak pelayan . Pada kelajuan yang diperlukan oleh aplikasi moden, kabel tembaga tidak lagi mempunyai kapasiti untuk meliputi semua jarak tersebut, walaupun dalam koridor yang agak padat, tanpa memberi kesan yang berlebihan kepada penggunaan kuasa.

Oleh itu, ramai pengendali meninggalkan model "atas rak" klasik berdasarkan pautan tembaga pendek dan menerima pakai reka bentuk dengan suis pengagregatan di kedudukan "tengah baris" atau "hujung baris", disokong oleh kabel berstruktur, kebanyakannya gentian optik. Ini mengurangkan kerumitan, meningkatkan kebolehskalaan dan membantu mengoptimumkan laluan isyarat dan penggunaan tenaga.

Ke arah rangkaian dalaman yang menjurus kepada 800G dan 1,6T

Pelan hala tuju Ethernet untuk 800G dan 1,6T bukanlah cita-cita yang jauh, tetapi keperluan praktikal untuk bertindak balas terhadap ledakan lebar jalur, pengurangan latensi dan kebangkitan AI, IoT dan virtualisasi besar-besaran . Penyedia hiperskala sudah menyediakan infrastruktur mereka dengan mengambil kira langkah-langkah ini.

Dalam konteks ini, pengkabelan gentian berstruktur menawarkan laluan yang jelas ke hadapan. Seni bina berdasarkan infrastruktur 16-gentian membolehkan penskalaan yang teratur pada kelajuan tinggi ini, dengan cekap menggunakan lebar jalur yang tersedia dan memudahkan pengagregatan dan penyahagregasian pautan.

Reka bentuk 16-gentian yang dirancang dengan baik boleh, sebagai contoh, membenarkan satu suis berkapasiti tinggi untuk melayani kira-kira 192 pelayan , memudahkan tugas seperti menyediakan dan mengurus pelayan , dengan keuntungan ketara dari segi kependaman, penggunaan port dan jumlah kos setiap bit yang diangkut.

Pengilang khusus menunjukkan bahawa banyak pusat data awan perusahaan besar dan awam telah mencapai titik kritikal di mana pelaburan dalam gentian "ke pelayan" adalah pilihan yang paling rasional . Mereka melihat kepada persekitaran hiperskala dan menyimpulkan bahawa mereplikasi strategi ini pada skala mereka sendiri adalah satu-satunya cara untuk mengelakkan ketinggalan.

Ini tidak bermakna tembaga akan hilang sepenuhnya: masih akan terdapat jalur lebar rendah, niche jarak dekat di mana perbezaan harga mewajarkan penggunaannya, terutamanya dalam pusat data kecil atau senario yang kurang mencabar. Tetapi keunggulannya semakin berkurangan, dan penggunaannya menjadi semakin spesifik.

Peranan gentian di Amerika Latin dan pasaran baru muncul yang lain

Peralihan kepada penyelesaian yang didominasi gentian optik tidak terhad kepada hab utama Amerika Utara atau Eropah. Di Amerika Latin, penggunaan gentian optik berkembang pesat , meletakkan asas untuk rangkaian pusat data yang lebih moden dan cekap.

Data OECD terkini menunjukkan bahawa negara-negara seperti Costa Rica telah mengalami pertumbuhan penggunaan gentian optik hampir 74% hanya dalam tempoh satu tahun , manakala Colombia dan Mexico masing-masing mencatatkan peningkatan sebanyak 43% dan 36% dalam tempoh yang sama yang dianalisis.

Lonjakan ini tidak bermakna tembaga akan dihapuskan daripada persamaan dalam sekelip mata, tetapi ia mencerminkan peralihan yang jelas dalam pelaburan ke arah infrastruktur gentian , terutamanya dalam segmen rangkaian di mana kelebihan jarak, kapasiti dan penggunaan paling ketara.

Dalam praktiknya, apa yang kita lihat ialah ekosistem hibrid di mana gentian dikhaskan untuk pautan tulang belakang, pengagregatan dan segmen rangkaian kritikal , manakala tembaga digunakan semula dalam senario yang sangat setempat. Apabila kos gentian berkurangan dan penyelesaian pasang dan guna bertambah baik, hujah ekonomi untuk terus mengembangkan infrastruktur tembaga semakin lemah.

Fleksibiliti: kata kunci dalam infrastruktur pusat data

Selain jenis kabel, perkataan yang paling kerap diulang dalam reka bentuk moden ialah "fleksibiliti ." Dengan beban kerja yang berubah-ubah, teknologi yang berkembang pesat dan permintaan tenaga yang semakin tidak menentu, pusat data mesti dapat menyesuaikan diri tanpa penutupan yang berpanjangan atau projek pembinaan besar-besaran.

Dari sudut pandangan elektrik, kesinambungan perkhidmatan adalah penting: sebarang gangguan bekalan boleh mengakibatkan kehilangan data, gangguan perkhidmatan yang mahal dan kerosakan reputasi . Oleh itu, kebolehpercayaan, redundansi dan daya tahan merupakan tonggak asas dalam reka bentuk sistem pengedaran elektrik.

Pada masa yang sama, pengendali menghadapi tekanan yang semakin meningkat untuk mengurangkan jejak karbon mereka dan meningkatkan kecekapan tenaga . Menurut Agensi Tenaga Antarabangsa, pusat data dan rangkaian komunikasi sudah menyumbang antara 2% dan 3% daripada penggunaan elektrik global dan sekitar 1% daripada pelepasan gas rumah hijau.

Walaupun anggaran berbeza-beza, semua petunjuk menunjukkan bahawa angka ini akan meningkat pada tahun-tahun akan datang jika langkah pengoptimuman yang tegas tidak diambil . Dalam senario ini, mempunyai infrastruktur yang membolehkan konfigurasi semula beban, kapasiti tambahan atau penyepaduan teknologi baharu tanpa mereka bentuk semula separuh bangunan merupakan kelebihan daya saing utama.

Langkah-langkah utama untuk pusat data yang fleksibel

Untuk mencapai fleksibiliti ini, pengendali pusat data bergantung pada beberapa strategi pelengkap yang mempengaruhi kedua-dua lapisan perkakasan dan pengurusan serta operasi. Antara yang paling menonjol ialah reka bentuk modular, automasi lanjutan, pemantauan berterusan dan pengagihan kuasa terdesentralisasi.

Pertama, reka bentuk dan infrastruktur modular membolehkan pengembangan atau konfigurasi semula kawasan pusat data dengan impak operasi yang minimum . Bilik modular, rak pasang siap, lorong panas dan sejuk berkapsul dan penyelesaian pra-pemasangan memudahkan migrasi pantas dan mengurangkan risiko.

Automasi dan orkestrasi juga memainkan peranan penting: alat pengurusan sumber pintar membolehkan pengimbangan beban, pengimbangan trafik, penggunaan pelayan yang dioptimumkan dan sokongan untuk permintaan puncak dalam masa nyata, dengan kurang campur tangan manual dan margin ralat manusia yang lebih kecil.

Tambahan pula, penyelesaian pemantauan dan analitik masa nyata memberikan keterlihatan terhadap penggunaan tenaga, suhu, penggunaan port dan parameter utama yang lain. Algoritma analitik ramalan kemudiannya boleh digunakan pada data ini untuk membantu menjangka kegagalan, mengesan ketidakcekapan dan merancang pengembangan dengan lebih tepat.

Akhirnya, idea pengagihan elektrik terdesentralisasi berdasarkan saluran elektrik pasang siap semakin kukuh , yang membawa tenaga lebih dekat ke tempat yang diperlukan, mengurangkan kerugian dan memudahkan pengembangan modul tanpa gangguan perkhidmatan atau kerja dalaman utama.

Pengagihan elektrik terdesentralisasi dan saluran pasang siap

Pengagihan elektrik tradisional yang sangat berpusat boleh menjadi tegar dan tidak cekap dalam bilik IT yang besar. Dengan mendesentralisasikan sebahagian daripada pengagihan tersebut dan membawa titik penghantaran kuasa lebih dekat kepada beban , beberapa kelebihan yang berkaitan dengan operasi harian dicapai.

Salah satu faedah pertama ialah pengurangan kehilangan penghantaran . Jika talian kuasa lebih pendek dan lebih sesuai dengan penggunaan sebenar, setiap watt yang dibekalkan digunakan dengan lebih cekap, dan penurunan voltan serta pemanasan konduktor dikurangkan.

Ia juga meningkatkan kebolehpercayaan: seni bina terpencar meminimumkan kesan kegagalan tunggal . Insiden dikawal kepada bahagian yang lebih kecil, memudahkan redundansi dan penyelenggaraan tanpa menjejaskan keseluruhan pusat data.

Dari segi kebolehskalaan, saluran elektrik pasang siap membolehkan penambahan modul kuasa atau cawangan baharu secara maya "secara terus-menerus ", dengan masa pemasangan yang jauh lebih pendek daripada penyelesaian kabel tradisional. Ini diterjemahkan kepada ketangkasan yang lebih tinggi apabila menggabungkan rak baharu atau menyesuaikan ketumpatan beban.

Tambahan pula, dengan dapat meletakkan elemen pengedaran elektrik secara strategik di dalam bilik , anda memperoleh kebebasan untuk mereka bentuk koridor, aliran udara dan laluan kabel data dengan lebih cekap, sesuatu yang amat penting dalam persekitaran berketumpatan tinggi di mana setiap sentimeter dikira.

Contoh penyelesaian: Penyaluran Lebuhraya I-Line Track

Satu contoh yang baik bagi pendekatan ini ialah penyelesaian saluran elektrik pasang siap jenis Busway , seperti I-Line Track Busway , yang direka khusus untuk bilik IT dan pusat data moden. Ini adalah sistem modular yang teguh yang direka bentuk untuk menawarkan keselamatan, fleksibiliti dan kecekapan.

Saluran I-Line Track Busway, sebagai contoh, diperakui mengikut IEC 61439-6 dan menggunakan tembaga berketulenan sangat tinggi , sekitar 99,9%, menghasilkan kekonduksian melebihi 98%. Tahap kualiti konduktor ini adalah kunci untuk meminimumkan kerugian dan memastikan penghantaran kuasa yang stabil.

Antara ciri-cirinya ialah sistem pemalam untuk sambungan pantas kotak simpang , yang membolehkan litar cabang disambungkan hanya dalam beberapa saat hasil daripada pengapit fleksibel yang memastikan sentuhan elektrik yang optimum. Ini dapat mengurangkan masa pemasangan dan kemungkinan ralat sambungan secara drastik.

Ia juga termasuk sauh jenis Easy Lock, penyelesaian pemenang anugerah untuk melekatkan kotak dengan kukuh pada saluran , serta menyambungkan blok yang menjamin sambungan elektromekanikal yang andal antara bahagian, dengan sistem penetapan yang direka bentuk untuk pemasangan pantas dalam persekitaran pengeluaran.

Kandang aluminium menggabungkan slot yang boleh memuatkan bas komunikasi tambahan atau kabel gentian optik , contohnya, untuk pemantauan haba berterusan saluran paip itu sendiri. Tambahan pula, sistem pemantauan hujung kepala membolehkan kawalan penggunaan tenaga, tahap beban dan penggera, memberikan lapisan penglihatan dan keselamatan tambahan.

Akhir sekali, kotak simpang biasanya menawarkan kapasiti yang mencukupi untuk menempatkan peranti perlindungan, peranti isyarat dan soket kuasa , dan direka bentuk untuk dipasang dan ditanggalkan dengan keselamatan maksimum, yang sangat memudahkan tugas penyelenggaraan dan pengembangan tanpa menjejaskan operasi.

Data bebas tembaga dan pautan kuasa: pertaruhan pada gentian kuasa-atas-serat

Selain menggantikan kuprum dengan gentian dalam pengangkutan data, sesetengah pengeluar melangkah lebih jauh dengan penyelesaian yang menghapuskan kuprum walaupun daripada bekalan kuasa peralatan tertentu , terutamanya dalam aplikasi penyegerakan dan pengisyaratan kritikal.

Satu contoh menarik ialah HUBER+SUHNER, yang telah membangunkan sambungan data dan kuasa bebas kuprum sepenuhnya sebagai sebahagian daripada penyelesaian teknologi Sistem Satelit Navigasi Global (GNSS) dan Power-over-Fiber. Sistem jenis ini amat menarik untuk pusat data dan persekitaran 5G yang memerlukan penyegerakan masa yang sangat tepat.

Secara tradisinya, antena GNSS diumpan menggunakan kabel kuprum yang membawa kuasa dan isyarat , selalunya dengan kabel khusus tambahan hanya untuk kuasa. Ini merumitkan penggunaan fizikal, meningkatkan berat kabel dan mengehadkan jarak operasi.

Penyelesaian gentian kuasa atas HUBER+SUHNER GNSS menghapuskan keperluan untuk kabel kuasa berasingan dengan menggunakan gentian optik itu sendiri untuk membawa isyarat dan kuasa secara serentak ke antena. Ini memudahkan pemasangan, mengurangkan masa penggunaan dan meminimumkan pergantungan pada saluran suapan di siling atau ceruk yang sukar dicapai.

Salah satu kelebihan utama pendekatan ini ialah ia meningkatkan jarak yang mungkin antara pemancar dan penerima daripada beberapa meter kepada beberapa kilometer , tanpa degradasi isyarat dan batasan yang dikenakan oleh tembaga. Ini membolehkan fleksibiliti yang lebih besar dalam mengagihkan isyarat GNSS melalui infrastruktur gentian optik dalaman bangunan atau kampus.

Manfaat GNSS dan gentian kuasa atas dalam pusat data

Isyarat satelit jarang sekali sampai ke ruang tertutup yang sangat terpencil, seperti bilik pusat data , dengan kekuatan yang mencukupi disebabkan oleh perisai yang disediakan oleh struktur bangunan itu sendiri. Dengan menggabungkan penerimaan GNSS luar dengan taburan gentian optik dalaman, rujukan masa yang tepat dapat dihantar ke kawasan yang benar-benar diperlukan.

Gabungan ini membolehkan isyarat GNSS diedarkan dengan selamat, andal dan kukuh di seluruh bangunan, sekali gus meningkatkan penyegerakan peralatan rangkaian, sistem telekomunikasi dan aplikasi yang bergantung pada masa rujukan yang sangat ketat.

Dengan menggunakan kabel gentian optik sebagai medium pengagihan tenaga dan isyarat, jarak rujukan masa yang hampir tidak terhad dicapai, dengan kurang kerentanan terhadap gangguan elektromagnet . Tidak seperti kuprum, kabel gentian optik tidak bertindak sebagai antena hingar, justeru meningkatkan kualiti isyarat yang diedarkan.

Bagi penyedia dan pengendali, ini bermakna berupaya memanfaatkan infrastruktur gentian sedia ada , hanya membayar untuk kapasiti yang sebenarnya digunakan dan memberi ruang untuk pengembangan masa hadapan tanpa perlu membuat pendawaian semula dari awal. Ia jelas merupakan strategi "bersedia untuk masa hadapan" yang sesuai dengan falsafah pusat data modular dan boleh diskala.

Dari segi operasi, dengan mengelakkan pendawaian tembaga tambahan dan menggunakan laluan gentian yang sama untuk kuasa dan isyarat, kos pemasangan, masa penggunaan dan potensi titik kegagalan dapat dikurangkan , sesuatu yang sangat bernilai dalam persekitaran di mana tempoh penyelenggaraan adalah minimum.

Keseluruhan trend ini—penghijrahan daripada tembaga kepada gentian, penyahpusatan pengagihan kuasa, penggunaan saluran pasang siap dan kemunculan sambungan kuasa bebas tembaga seperti power-over-fiber—sedang mendorong pusat data ke arah seni bina yang lebih cekap, berdaya tahan dan boleh diskala . Mereka yang boleh menggabungkan elemen-elemen ini secara berkesan akan berada pada kedudukan yang lebih baik untuk menahan pertumbuhan permintaan data yang pesat, memenuhi matlamat kemampanan dan menyesuaikan diri dengan gelombang teknologi seterusnya tanpa perlu bermula dari awal setiap kali.