- Naraščajoče povpraševanje po podatkih in umetni inteligenci obremenjuje oskrbo z električno energijo in pospešuje prehod z bakrenih na optične kable v podatkovnih centrih.
- Baker ima v primerjavi z optičnimi vlakni večjo porabo energije in močne omejitve razdalje, kar spodbuja zasnove omrežij, usmerjene v 400G, 800G in več.
- Prilagodljivost je dosežena z združevanjem modularne zasnove, avtomatizacije, neprekinjenega spremljanja in decentralizirane distribucije električne energije prek montažnih cevi.
- Rešitve brez bakra, kot je napajanje prek optičnih vlaken za GNSS, omogočajo distribucijo podatkov in energije prek optičnih vlaken, kar izboljša sinhronizacijo ter zmanjša kompleksnost in stroške.
V tem kontekstu se tako imenovani "podatkovni centri brez bakra" in arhitekture, ki zmanjšujejo uporabo bakra, pojavljajo kot močan način za doseganje učinkovitosti, prilagodljivosti in trajnosti: več optičnih vlaken, rešitve za napajanje prek optičnih vlaken , modularna distribucija električne energije in zasnove, ki kar najbolje izkoristijo vsak vat in vsak meter kabla.
Nenadzorovano povpraševanje po podatkih, umetni inteligenci in energiji
Svetovna količina informacij še naprej narašča: ocenjuje se, da bo leta 2025 po vsem svetu ustvarjenih in porabljenih približno 181 zettabajtov podatkov , kar je skoraj trikrat več kot na začetku desetletja. Ta porast zahteva, da so podatkovni centri veliko bolj prilagodljivi in sposobni skoraj sproti povečevati računalniško in shranjevalno zmogljivost.
Vzpon računalništva v oblaku in visokozmogljive umetne inteligence je velik del tega preskoka. Obsežni jezikovni modeli, napredna analitika, storitve 5G in aplikacije v realnem času povečujejo zahteve glede pasovne širine, zmanjšujejo sprejemljive zakasnitve in dramatično povečujejo energetske potrebe infrastrukture.
Po napovedih BloombergNEF bi se lahko potrebe po električni energiji, povezane z računalništvom z umetno inteligenco v Združenih državah Amerike, do leta 2035 več kot podvojile. Vodilni delavci, kot sta Jensen Huang (Nvidia) in Sam Altman (OpenAI), že dolgo opozarjajo, da bodo za podporo tega novega vala podatkovnih centrov in kompleksov umetne inteligence potrebni bilijoni dolarjev nove infrastrukture.
Vendar ozko grlo ni več toliko v prostoru ali strežniški tehnologiji, temveč v oskrbi z električno energijo in zmogljivosti omrežij za prenos električne energije . Prenosna infrastruktura je na mnogih trgih zastarela, regulativni procesi so počasni, roki za priključitev novih megavatov na omrežje pa se raztezajo več let.
Primer Santa Clare: dokončane stavbe, ki jih ni mogoče osvetliti
Razmere v nekaterih tehnoloških središčih so tako hude, da obstajajo dokončani podatkovni centri, pripravljeni za delovanje, ki leta stojijo prazni in čakajo na elektriko. To se dogaja v Santa Clari v Kaliforniji, domačem kraju Nvidie in enem od svetovnih računalniških epicentrov.
Digital Realty, eden največjih razvijalcev podatkovnih centrov na svetu, je leta 2019 zaprosil za dovoljenje za gradnjo novega objekta v Santa Clari. Približno šest let pozneje štirinadstropna stavba s površino približno 40.000 kvadratnih metrov ostaja prazna in čaka na polno napajanje s strani občinskega komunalnega podjetja Silicon Valley Power (SVP).
Podobno stanje velja za podjetje Stack Infrastructure (ki je zdaj v lasti podjetja Blue Owl Capital), kjer bližnji projekt z do 48 megavatov kritične zmogljivosti ostaja v zastoju . Oba razvijalca sta odvisna od tega, ali bo SVP dokončal nadgradnjo svojega električnega sistema v vrednosti približno 450 milijonov dolarjev, s ciljnim zaključkom okoli leta 2028.
Medtem ima Santa Clara že več kot petdeset podatkovnih centrov, ki delujejo ali so v gradnji , kar odraža, v kolikšni meri lokalno povpraševanje po digitalnih zmogljivostih presega rastoče zmogljivosti električnega omrežja. V takšnih okoljih šteje vsak vat in vsaka tehnologija, ki omogoča prihranek energije ali zmanjšuje izgube pri kablih in distribuciji, postane ključnega pomena.
Težava ni značilna le za Kalifornijo: v severni Virginiji, znameniti »ulici podatkovnih centrov«, ki jo oskrbuje Dominion Energy, poročajo o čakalnih vrstah od enega do treh let – v nekaterih primerih pa tudi do sedmih – na priključitev velikih podatkovnih centrov . V Oregonu se je Amazon pritoževal nad nezadostno močjo za več projektov, kar kaže na naraščajočo napetost med operaterji in komunalnimi podjetji.
Kaj se dogaja s kabli v podatkovnem centru?
Poleg težav z napajanjem se spreminja tudi notranja zasnova podatkovnih centrov: bakreni kabli zaostajajo za rešitvami na osnovi optičnih vlaken , zlasti ker hitrosti prenosa strmo naraščajo.
V samo nekaj letih smo s 40 Gbps skoraj standardno prešli na 100 Gbps, povezave s 400 Gbps pa postajajo vse bolj razširjene v visokozmogljivih uvedbah. Tik za vogalom industrija že načrtuje skoke na 800 Gbps in celo 1,6 Tbps , pri čemer sledi načrtu za Ethernet, ki ga je določil IEEE. Vzdrževanje teh hitrosti z bakrenimi kabli postaja vse bolj zapleteno, drago in energetsko intenzivno.
Danes so optična vlakna postala standard v praktično celotnem omrežju podatkovnih centrov, od agregacijske plasti do osrednje plasti, pa tudi med prostori in stavbami. Zadnja trdnjava bakra so kratke povezave med stikali in strežniki znotraj omare ali neposrednega območja , kjer se za zelo kratke razdalje in zmerne hitrosti še vedno uporabljajo zasukani pari ali DAC-i.
Že leta se napoveduje propad bakra v podatkovnih centrih, in čeprav je bakrenim kablom uspelo zdržati dlje, kot so mnogi pričakovali, kombinacija omejitev razdalje, vedno večjih potreb po energiji in pritiska za načrtovanje energetsko učinkovitih podatkovnih centrov potiska k novi prelomnici.
Poraba energije: Ahilova peta bakra
Ena največjih težav z bakrom v visokohitrostnih okoljih je njegova bistveno večja poraba energije v primerjavi z optičnimi kabli . Nad 10 Gbps so zasukane parice (UTP/STP) zaradi omejitev pri zasnovi in učinkovitosti praktično izginile iz kritičnih okolij.
V bakreni povezavi mora vsak konec napajati električno signalizacijo kanala . 10G bakreni oddajniki-sprejemniki običajno porabijo približno 3–5 vatov. To se morda zdi nepomembno, a ko se pomnoži s tisoči vrati, postane vpliv na porabo energije in hlajenje podatkovnega centra ogromen.
V primerjavi s tem bakreni moduli porabijo skoraj desetkrat več energije kot mnogi enakovredni večmodni optični oddajniki . K temu se dodajo še posredni stroški odvajanja dodatne toplote, kar zahteva prevelike sisteme za klimatizacijo in upravljanje temperature, kar dodatno povečuje obratovalne stroške.
Če upoštevamo stroške kompenzacije dodatne toplote, se lahko obratovalni stroški, povezani z bakrom, zlahka podvojijo od stroškov infrastrukture na osnovi optičnih vlaken . V okolju, kjer so energetske marže vse bolj omejene in se povečuje regulativni pritisk na učinkovitost, je ta razlika ključna.
Izguba signala in omejitve razdalje pri bakrenih kablih
Druga večja omejitev bakra je izguba signala z naraščanjem hitrosti in razdalje . Električni signali trpijo zaradi slabljenja in so omejeni z zmogljivostmi ASIC-ov in tehnikami kompenzacije, potrebnimi za ohranjanje integritete signala vzdolž povezave.
Pri zelo visokih hitrostih je za prenos tudi na kratke razdalje z uporabo bakra potrebna bistveno večja moč , kar je v popolnem nasprotju s ciljem zmanjšanja porabe energije. Tudi kabli DAC s kratkim dosegom začenjajo kazati te omejitve, kar otežuje zasnove, ki so bile prej relativno preproste.
Naraščajoča zmogljivost stikal je prav tako prelomnica. Danes lahko eno samo stikalo velikosti 1U oskrbuje več strežniških omar . Pri hitrostih, ki jih zahtevajo sodobne aplikacije, bakreni kabli ne morejo več pokriti vseh teh razdalj, niti v relativno majhnih hodnikih, ne da bi pri tem pretirano vplivali na porabo energije.
Zato mnogi operaterji opuščajo klasični model "na vrhu omare", ki temelji na kratkih bakrenih povezavah , in sprejemajo zasnove z agregacijskimi stikali v položajih "na sredini vrste" ali "na koncu vrste", ki jih podpira strukturirano ožičenje, večinoma optično. To zmanjšuje kompleksnost, izboljšuje skalabilnost in pomaga optimizirati signalne poti in porabo energije.
Proti notranjim omrežjem, usmerjenim v 800G in 1,6T
Načrt Etherneta za 800G in 1,6T ni oddaljena ambicija, temveč praktična nujnost za odziv na eksplozijo pasovne širine, zmanjšanje zakasnitve ter vzpon umetne inteligence, interneta stvari in množične virtualizacije . Ponudniki hiperskalabilnih rešitev že pripravljajo svoje infrastrukture s temi preskoki v mislih.
V tem kontekstu strukturirano optično ožičenje ponuja jasno pot naprej. Arhitekture, ki temeljijo na 16-optični infrastrukturi, omogočajo urejeno skaliranje na te visoke hitrosti, učinkovito uporabo razpoložljive pasovne širine in olajšanje združevanja in deagregacije povezav.
Dobro načrtovana 16-optična zasnova lahko na primer omogoči, da eno samo visokozmogljivo stikalo oskrbuje približno 192 strežnikov , kar olajša naloge, kot sta nastavitev in upravljanje strežnika , z opaznimi izboljšavami glede zakasnitve, izkoriščenosti vrat in skupnih stroškov na preneseni bit.
Specializirani proizvajalci navajajo, da so številni veliki podjetniški in javni podatkovni centri v oblaku dosegli prelomno točko, kjer je vlaganje v optična vlakna »do strežnika« najbolj racionalna možnost . Iščejo hiperskalabilna okolja in sklepajo, da je posnemanje teh strategij v lastnem obsegu edini način, da se izognejo zaostanku.
To ne pomeni, da bo baker popolnoma izginil: še vedno bodo obstajale niše z nizko pasovno širino in zelo kratkimi razdaljami , kjer razlika v ceni upravičuje njegovo uporabo, zlasti v majhnih podatkovnih centrih ali manj zahtevnih scenarijih. Vendar pa se njegov pomen zmanjšuje in njegova uporaba postaja vse bolj specifična.
Vloga vlaken v Latinski Ameriki in drugih trgih v razvoju
Prehod na rešitve, v katerih prevladujejo optična vlakna, ni omejen le na večja severnoameriška ali evropska središča. V Latinski Ameriki se uporaba optičnih vlaken hitro povečuje in postavlja temelje za sodobnejša in učinkovitejša omrežja podatkovnih centrov.
Nedavni podatki OECD kažejo, da so države, kot je Kostarika, v samo enem letu zabeležile skoraj 74-odstotno rast uporabe optičnih vlaken , medtem ko sta Kolumbija in Mehika v istem analiziranem obdobju zabeležili 43-odstotno oziroma 36-odstotno rast.
Ta preskok ne pomeni, da bo baker čez noč izginil iz enačbe, vendar odraža jasen premik naložb v optično infrastrukturo , zlasti v tistih omrežnih segmentih, kjer so prednosti v razdalji, zmogljivosti in porabi najbolj očitne.
V praksi vidimo hibridni ekosistem, kjer so optična vlakna rezervirana za hrbtenične povezave, agregacijo in kritične omrežne segmente , medtem ko se baker uporablja v zelo lokaliziranih scenarijih. Z zniževanjem stroškov optičnih vlaken in izboljševanjem rešitev »plug-and-play« ekonomski argument za nadaljnjo širitev bakrene infrastrukture slabi.
Prilagodljivost: ključna beseda v infrastrukturi podatkovnih centrov
Poleg vrste kabla se v sodobnih zasnovah najpogosteje ponavlja beseda »fleksibilnost «. Zaradi spreminjajočih se delovnih obremenitev, hitro razvijajočih se tehnologij in vse bolj nestanovitnih potreb po energiji se morajo podatkovni centri znati prilagoditi brez dolgotrajnih zaustavitev ali obsežnih gradbenih projektov.
Z električnega vidika je neprekinjena oskrba ključnega pomena: vsaka prekinitev oskrbe lahko povzroči izgubo podatkov, drage izpade storitev in škodo ugledu . Zato so zanesljivost, redundanca in odpornost temeljni stebri pri načrtovanju električnih distribucijskih sistemov.
Hkrati se operaterji soočajo z vse večjim pritiskom, da zmanjšajo svoj ogljični odtis in izboljšajo energetsko učinkovitost . Po podatkih Mednarodne agencije za energijo podatkovni centri in komunikacijska omrežja že predstavljajo med 2 % in 3 % svetovne porabe električne energije in približno 1 % emisij toplogrednih plinov.
Čeprav se ocene razlikujejo, vse kaže, da se bo ta številka v prihodnjih letih povečala, če ne bodo sprejeti odločni optimizacijski ukrepi . V tem scenariju je ključna konkurenčna prednost infrastruktura, ki omogoča prerazporeditev obremenitve, dodano zmogljivost ali integracijo novih tehnologij brez prenove polovice stavbe.
Ključni ukrepi za prilagodljiv podatkovni center
Za dosego te prilagodljivosti se upravljavci podatkovnih centrov zanašajo na več komplementarnih strategij, ki vplivajo tako na strojno opremo kot na upravljalne in operativne plasti. Med najvidnejšimi so modularna zasnova, napredna avtomatizacija, neprekinjeno spremljanje in decentralizirana distribucija električne energije.
Prvič, modularna zasnova in infrastruktura omogočata širitev ali preoblikovanje območij podatkovnih centrov z minimalnim vplivom na delovanje . Modularni prostori, montažne omare, zaprti topli in hladni hodniki ter vnaprej sestavljene rešitve omogočajo hitre migracije in zmanjšujejo tveganja.
Osrednjo vlogo igrata tudi avtomatizacija in orkestracija: inteligentna orodja za upravljanje virov omogočajo uravnoteženje obremenitve, uravnoteženje prometa, optimizirano uporabo strežnikov in podporo za največje obremenitve v realnem času, z manj ročnimi posegi in manjšo mejo človeških napak.
Poleg tega rešitve za spremljanje in analitiko v realnem času zagotavljajo vpogled v porabo energije, temperature, izkoriščenost vrat in druge ključne parametre. Na te podatke se nato lahko uporabijo algoritmi za napovedno analitiko, ki pomagajo predvideti napake, odkriti neučinkovitosti in natančneje načrtovati širitve.
Končno, ideja o decentralizirani distribuciji električne energije, ki temelji na montažnih električnih kanalih, pridobiva na veljavi , saj energijo približa tja, kjer je potrebna, zmanjša izgube in olajša rast v modulih brez prekinitev oskrbe ali večjih notranjih del.
Decentralizirana električna distribucija in montažni kanali
Tradicionalna, zelo centralizirana distribucija električne energije lahko v velikih IT-prostorih postane toga in neučinkovita. Z decentralizacijo dela te distribucije in približevanjem točk dobave energije bremenom se doseže več prednosti, pomembnih za vsakodnevno delovanje.
Ena prvih prednosti je zmanjšanje izgub pri prenosu . Če so daljnovodi krajši in bolje prilagojeni dejanski porabi, se vsak dobavljeni vat porabi učinkoviteje, padci napetosti in segrevanje vodnikov pa se zmanjšajo.
Prav tako izboljša zanesljivost: decentralizirana arhitektura zmanjšuje vpliv ene same napake . Namesto da bi ena sama kritična točka izklopila veliko območje, so incidenti omejeni na manjše dele, kar omogoča redundanco in vzdrževanje, ne da bi to vplivalo na celoten podatkovni center.
Kar zadeva skalabilnost, montažni električni kanali omogočajo dodajanje napajalnih modulov ali novih vej praktično »sproti «, pri čemer so časi namestitve bistveno krajši kot pri tradicionalnih kabelskih rešitvah. To se odraža v večji agilnosti pri vključevanju novih omar ali prilagajanju gostote obremenitve.
Poleg tega vam z možnostjo strateške namestitve električnih razdelilnih elementov v prostoru omogoča svobodo pri učinkovitejšem načrtovanju hodnikov, pretokov zraka in poti za podatkovne kable, kar je še posebej pomembno v gosto poseljenih okoljih, kjer šteje vsak centimeter.
Primer rešitve: Kanalizacija avtobusne proge I-Line
Dober primer tega pristopa so rešitve za montažne električne kanale tipa Busway , kot je I-Line Track Busway , posebej zasnovane za IT sobe in sodobne podatkovne centre. To so robustni, modularni sistemi, zasnovani za zagotavljanje varnosti, prilagodljivosti in učinkovitosti.
Na primer, vodnik I-Line Track Busway je certificiran v skladu s standardom IEC 61439-6 in uporablja baker zelo visoke čistosti , približno 99,9 %, kar ima za posledico prevodnost, ki presega 98 %. Ta raven kakovosti prevodnika je ključna za zmanjšanje izgub in zagotavljanje stabilne dobave električne energije.
Med njegovimi značilnostmi je sistem vtičev za hitro priključitev razvodnih omaric , ki omogoča priključitev odcepnih tokokrogov v le nekaj sekundah zaradi fleksibilnih sponk, ki zagotavljajo optimalen električni stik. To drastično skrajša čas namestitve in možnost napak pri priključitvi.
Vključuje tudi sidra tipa Easy Lock, nagrajeno rešitev za trdno pritrditev doz na kanal , ter spojne bloke, ki zagotavljajo zanesljivo elektromehansko povezavo med odseki, s pritrdilnimi sistemi, zasnovanimi za hitro montažo v proizvodnih okoljih.
Aluminijasto ohišje ima reže, ki lahko sprejmejo dodatne komunikacijske vodila ali celo optične kable , na primer za neprekinjeno termično spremljanje samega cevovoda. Poleg tega sistemi za spremljanje glavne postaje omogočajo nadzor porabe energije, ravni obremenitve in alarmov, kar zagotavlja dodatno plast preglednosti in varnosti.
Končno, razdelilne omarice običajno ponujajo veliko prostora za namestitev zaščitnih naprav, signalnih naprav in vtičnic ter so zasnovane tako, da jih je mogoče namestiti in odstraniti z največjo možno varnostjo, kar močno olajša vzdrževalna in širitvena opravila brez ogrožanja delovanja.
Brezbakrene podatkovne in energetske povezave: stava na moč namesto optičnih vlaken
Poleg zamenjave bakra z optičnimi vlakni pri prenosu podatkov nekateri proizvajalci gredo še korak dlje z rešitvami, ki baker odpravljajo celo iz napajanja določene opreme , zlasti v kritičnih aplikacijah za sinhronizacijo in signalizacijo.
Izrazit primer je podjetje HUBER+SUHNER, ki je kot del svoje rešitve globalnega navigacijskega satelitskega sistema (GNSS) in tehnologije napajanja prek optičnih vlaken razvilo popolnoma brezbakreno podatkovno in energetsko povezavo . Te vrste sistemov so še posebej zanimive za podatkovne centre in okolja 5G, ki zahtevajo izjemno natančno sinhronizacijo časa.
Tradicionalno so bile antene GNSS napajane z bakrenimi kabli, ki so prenašali tako napajanje kot signal , pogosto z dodatnim namenskim kablom samo za napajanje. To otežuje fizično namestitev, povečuje težo kablov in omejuje delovne razdalje.
Rešitev HUBER+SUHNER GNSS z napajanjem prek optičnega vlakna odpravlja potrebo po ločenem napajalnem kablu, saj za hkratni prenos signala in napajanja antene uporablja samo optično vlakno . To poenostavi namestitev, skrajša čas namestitve in zmanjša odvisnost od napajalnih kanalov v težko dostopnih stropih ali vdolbinah.
Ena glavnih prednosti tega pristopa je, da poveča možno razdaljo med oddajnikom in sprejemnikom z nekaj metrov na nekaj kilometrov , brez degradacije signala in omejitev, ki jih nalaga baker. To omogoča veliko večjo fleksibilnost pri distribuciji signalov GNSS prek notranje optične infrastrukture stavbe ali kampusa.
Prednosti GNSS in napajanja preko optičnih vlaken v podatkovnih centrih
Satelitski signali redko dosežejo zelo izolirane notranje prostore, kot so sobe podatkovnih centrov , z zadostno močjo zaradi zaščite, ki jo zagotavlja sama konstrukcija stavbe. Z združevanjem zunanjega sprejema GNSS z notranjo distribucijo optičnih vlaken je mogoče dostaviti natančne časovne reference na območja, kjer so resnično potrebne.
Ta kombinacija omogoča varno, zanesljivo in robustno distribucijo signalov GNSS po celotni stavbi, kar izboljša sinhronizacijo omrežne opreme, telekomunikacijskih sistemov in aplikacij, ki so odvisne od zelo kratkih referenčnih časov.
Z uporabo optičnega kabla kot medija za distribucijo energije in signala se doseže praktično neomejena časovna referenčna razdalja z manjšo dovzetnostjo za elektromagnetne motnje . Za razliko od bakra optični kabel ne deluje kot antena za šum, kar izboljša kakovost porazdeljenih signalov.
Za ponudnike in operaterje to pomeni, da lahko izkoristijo obstoječo optično infrastrukturo , plačajo le za dejansko uporabljeno zmogljivost in pustijo prostor za prihodnjo širitev, ne da bi bilo treba ožičenje prenavljati od začetka. To je očitno strategija, pripravljena na prihodnost, ki se dobro ujema s filozofijo modularnih in prilagodljivih podatkovnih centrov.
Z operativnega vidika se z izogibanjem dodatnim bakrenim kablom in uporabo iste optične poti za napajanje in signal zmanjšajo stroški namestitve, časi uvajanja in morebitne točke okvare , kar je zelo cenjeno v okoljih, kjer so vzdrževalna okna minimalna.
Celoten sklop trendov – prehod z bakra na optična vlakna, decentralizacija distribucije električne energije, uporaba montažnih vodov in pojav brezbakrenih energetskih povezav, kot je napajanje prek optičnih vlaken – spodbuja podatkovne centre k učinkovitejšim, odpornejšim in skalabilnejšim arhitekturam . Tisti, ki lahko učinkovito združijo te elemente, bodo bolje pripravljeni na eksplozivno rast povpraševanja po podatkih, doseganje ciljev trajnosti in prilagajanje naslednjim tehnološkim valovom, ne da bi morali vsakič začeti iz nič.
