تحديد حجم وحدة تزويد الطاقة وتكوينات وحدة تزويد الطاقة المزدوجة لخوادم الذكاء الاصطناعي متعددة وحدات معالجة الرسومات

الطاقة هي المشكلة الرئيسية التي يقع فيها معظم مُصممي أنظمة المعالجة الرسومية المتعددة في الخطأ من المحاولة الأولى. كما أنها نقطة الضعف التي تُكلف أكثر بكثير عند إصلاحها لاحقًا: فإذا كانت وحدة التزويد بالطاقة غير كافية، يُعاد تشغيل النظام عشوائيًا تحت الضغط، وإذا كانت زائدة عن الحاجة، فستكون قد أهدرت 400 يورو على وحدة تعمل بكفاءة 30% فقط. وتزداد المسألة تعقيدًا مع وحدات التزويد بالطاقة المزدوجة، لأن معظم ما يُكتب على الإنترنت حول "التكرار" غير صحيح في سياق محطة عمل أو خادم بحجم 4U مزود بمعالجات رسومية استهلاكية.

هذه المقالة هي الرياضيات، وواقع الشكل، والإطار الصادق لبناء 4 وحدات معالجة رسومات و8 وحدات معالجة رسومات على الأجهزة التي نقوم بشحنها بالفعل: RTX 5090، 4090، RTX Pro 6000 Blackwell (محطة العمل وMax-Q)، L40، وL4، على منصات مضيفة EPYC.

حساب إجمالي الطاقة

الرقم الذي يهمك هو استهلاك الطاقة المستمر تحت حمل واقعي ، بالإضافة إلى هامش أمان كافٍ لمنع ارتفاعات التيار المفاجئة من تفعيل حماية التيار الزائد في وحدة التزويد بالطاقة. المعادلة بسيطة:

P_total  =  (GPU_TDP × N_gpu)  +  CPU_TDP  +  drives  +  fans  +  motherboard
P_psu    =  P_total / efficiency_at_load  ×  1.30  (30% headroom)

إن هامش الـ 30% ليس عشوائياً. فهو يغطي ثلاثة أمور في آن واحد: الارتفاعات العابرة في استهلاك وحدة معالجة الرسومات، وانخفاض الكفاءة عند تجاوز استهلاك وحدة تزويد الطاقة 70% من طاقتها المقدرة، وحقيقة أن استهلاك الطاقة الحرارية لوحدة معالجة الرسومات هو رقم تسويقي تتجاوزه أحمال العمل الحقيقية أحياناً.

قيم استهلاك الطاقة المرجعية التي نستخدمها لتحديد الحجم:

النمط: تحافظ بطاقات محطات العمل (Pro 6000، L40، L4) على استهلاكها الحراري المُصنّف بثبات، وذلك بفضل برامجها الثابتة التي تحدّ من استهلاك الطاقة، والمصممة لتحمّل أحمال مراكز البيانات المستمرة. أما بطاقات المستخدمين العاديين (5090، 4090) فتشهد ارتفاعات مفاجئة في استهلاك الطاقة. على سبيل المثال، تستهلك بطاقة 5090 ما يصل إلى 600 واط أو أكثر لعشرات المللي ثواني أثناء تغيير أحمال العمل. تخيّل لو ضربنا هذا الرقم بأربع بطاقات تستهلك طاقةً عابرةً بترددات غير متزامنة، سيُلاحظ مُزوّد ​​الطاقة ارتفاعات مفاجئة في استهلاك الطاقة تتجاوز بكثير متوسط ​​الاستهلاك في حالة الاستقرار.

لهذا السبب فإن عبارة "الحسابات تقول 1500 واط، سأشتري وحدة تزويد طاقة 1500 واط" هي الطريقة الأكثر شيوعًا لإعادة تشغيل جهاز كمبيوتر مكون من 4 × 5090 تحت الضغط.

الارتفاعات العابرة - لماذا يعتبر هامش الأمان حقيقياً

إن سلوك استهلاك الطاقة المتقلب في وحدات معالجة الرسومات الاستهلاكية من فئة Blackwell موثق جيدًا. فبطاقة 5090 التي تعمل في وضع الخمول عند استهلاك حوالي 30 واط، قد يقفز استهلاكها إلى 600 واط في غضون جزء من الألف من الثانية عند تشغيل نواة CUDA على قائمة انتظار فارغة. يُخفف منظم الجهد الخاص بالبطاقة جزءًا من هذا الاستهلاك، لكن جزءًا لا يُستهان به يعود إلى خطوط مزود الطاقة. وتحدث نفس الظاهرة مع بطاقة 4090 عند ذروة استهلاك تصل إلى حوالي 500 واط.

نتيجتان:

1. تُعد حماية التيار الزائد (OCP) في وحدة تزويد الطاقة نقطة الضعفليس هذا هو متوسط ​​سعة خط التغذية. وحدة تزويد طاقة بقدرة 1500 واط مع حماية عالية من التيار الزائد مضبوطة على حوالي 130% من القيمة المقدرة ستفصل عند حدوث ارتفاع مفاجئ في جهد أربع بطاقات 5090. إعادة التشغيل صامتة - لا يوجد سجل أحداث، ولا تحذير، يعود النظام للعمل مباشرة. تشخيص هذه المشكلة بدون أجهزة قياس يستغرق أيامًا.
2. يُعد وقت استجابة وحدة تزويد الطاقة أهم من معدل الذروة. تتمتع وحدات تزويد الطاقة ATX عالية الجودة والمخصصة للخوادم بسعة تخزين طاقة فائقة قادرة على استيعاب الارتفاعات المفاجئة في التيار الكهربائي (أقل من جزء من الألف من الثانية) دون حدوث أي خلل في خط التغذية. أما الوحدات الرخيصة أو القديمة فلا تستطيع ذلك. ولهذا السبب، فإن فرق السعر بين وحدة تزويد طاقة صناعية بقدرة 2 كيلوواط ووحدة تزويد طاقة مخصصة للألعاب بقدرة 2 كيلوواط حقيقي، وليس مجرد تغيير في العلامة التجارية.

القاعدة العملية التي نتبعها: نستهدف 70% من قدرة وحدة التزويد بالطاقة (PSU) كحمل ثابت ، ونترك 30% للحالات العابرة ومنحنى الكفاءة. يتطلب نظام مكون من 4 بطاقات 5090 بقدرة 2.3 كيلوواط تقريبًا طاقة مستمرة، ميزانية 3 كيلوواط لوحدة التزويد بالطاقة، وهو ما يعني عمليًا استخدام وحدتي تزويد طاقة ATX بقدرة 1500 واط موزعتين على الحمل.

أكثر من 80 تقييمًا - ما تعنيه فعليًا

تصف مستويات شهادة 80+ كفاءة النظام عند أحمال 20% و50% و100%، سواءً عند جهد دخل 115 فولت أو 230 فولت. الأرقام ذات الصلة لخادم ذكاء اصطناعي متعدد وحدات معالجة الرسومات (والذي يعمل بحمل يقارب 50% في معظم الأوقات) على مصدر طاقة أوروبي 230 فولت:

عند تحميل 50%، يبلغ الفرق بين وحدتي تزويد الطاقة الذهبية والتيتانيوم أربع نقاط مئوية. في نظام بقدرة 2 كيلوواط يعمل على مدار الساعة، تعادل هذه النقاط الأربع تقريبًا 80 واط بشكل مستمر، أو ما يقارب 700 كيلوواط ساعة سنويًا. وبسعر 0.20 يورو/كيلوواط ساعة، يصل هذا إلى 140 يورو سنويًا لكل وحدة تزويد طاقة. تُغطي وحدة تزويد الطاقة التيتانيوم تكلفتها في غضون عامين على خادم يعمل فعليًا وفقًا لدورة التشغيل المصممة لها؛ بينما تُعد وحدة تزويد الطاقة الذهبية الخيار الأمثل إذا كان النظام في وضع الخمول نصف الوقت.

لا نُعلن عن حصول منتجاتنا على شهادة 80+ بلاتينيوم أو تيتانيوم في صفحاتها إلا إذا كانت الشهادة مُسجلة لدينا. معظم وحدات تزويد الطاقة ATX بقدرة 2 كيلوواط التي نُشحنها حاصلة على شهادة ذهبية. يمكن للعملاء الذين يحتاجون تحديدًا إلى بلاتينيوم أو تيتانيوم لتشغيل أنظمة خوادمهم على مدار الساعة طلبها كخيار إضافي، وسنقوم بتوفيرها وتقديم عرض سعر لها.

وحدات تزويد الطاقة القابلة للتبديل السريع من فئة ATX مقابل فئة الخوادم

ينقسم سؤال عامل الشكل بشكل واضح:

ATX (مزود طاقة واحد، يصل إلى ~2 كيلو واط)

• تقبل هياكل محطات العمل القياسية 4U وحدة تزويد طاقة واحدة أو اثنتين من نوع ATX.
• يبلغ الحد الأقصى للقدرة العملية لكل وحدة ATX حوالي 2 كيلو واط (الحد الأقصى لدائرة أحادية الطور 240 فولت عند 16 أمبير هو 3.6 كيلو واط إجمالاً).
• الكابلات قابلة للاستبدال من قبل المستخدم، وهي معيارية، كما أن ترتيب دبابيس الموصلات قياسي.
• لا يمكن استبدال وحدة التزويد بالطاقة أثناء التشغيل. عطل وحدة التزويد بالطاقة يعني إعادة بناء النظام بعد إيقاف تشغيله.
• التكلفة: 200 يورو - 500 يورو لوحدة ATX قوية بقدرة 2 كيلو واط (Corsair AX، Seasonic PRIME، EVGA SuperNOVA G+، Super Flower Leadex).

CRPS (وحدة تزويد الطاقة الاحتياطية المشتركة، عامل شكل الخادم)

• وحدة تزويد الطاقة للخادم وفقًا لمعايير الصناعة، ~73.5 مم × 185 مم × 40 مم.
• يستخدم في هياكل خوادم Supermicro وTyan وGigabyte وBone64c.
• التبديل السريع الحقيقي عند اقترانه بلوحة خلفية زائدة (1+1 أو 2+2).
• التصنيفات النموذجية: 1200 واط، 1600 واط، 2000 واط، 2400 واط، 3000 واط لكل وحدة.
• التكلفة: 350-700 يورو لكل وحدة، بالإضافة إلى اللوحة الخلفية.

الإطار الصادق لمشاريع كينتينو:

• تأتي خوادم Kentino AI ذات 4 وحدات معالجة رسومات في هيكل محطة عمل/خادم 4U مع وحدات تزويد طاقة ATX مزدوجة - تحديدًا 1500 واط مزدوجة أو 2000 واط مزدوجة اعتمادًا على مزيج وحدات معالجة الرسومات.
• تُشحن خوادم Kentino AI المزودة بثمانية وحدات معالجة رسومية في هياكل خوادم مزودة بوحدات CRPS ثنائية أو رباعية بقدرة 2000-2400 واط لكل منها. في هذه التكوينات، يصبح التكرار الحقيقي 1+1 خيارًا ذا جدوى، لأن اللوحة الخلفية للهيكل تدعمه.

أمانة وحدة تزويد الطاقة المزدوجة - توصيل منفصل، وليس N+1

هذه هي المواصفات الأكثر تحريفاً في سوق بناء أجهزة الكمبيوتر متعددة وحدات معالجة الرسومات، ولن نكرر هذا الخطأ.

في هيكل محطة عمل 4U مزود بوحدتي تزويد طاقة ATX:

لا يوجد وحدتا تزويد طاقة احتياطيتان، فهما تغذيان أحمالاً مختلفة. ويكون التوصيل النموذجي كالتالي:

توصيل مزدوج لوحدات تزويد الطاقة ATX. لا يوجد مشاركة في خطوط الطاقة، ولا يوجد نظام احتياطي. مجموعتان منفصلتان من الأحمال.

لا يوجد تحويل تلقائي بين وحدتي تزويد طاقة ATX في هذا التصميم. وحدات تزويد الطاقة ATX لا تتشارك في خطوط الطاقة. مخرج 12 فولت لوحدة تزويد الطاقة A غير متصل كهربائيًا بمخرج 12 فولت لوحدة تزويد الطاقة B. إذا قمت بتوصيلهما معًا، فسيؤدي ذلك إلى حدوث دائرة كهربائية متداخلة وإتلاف إحدى الوحدتين أو كلتيهما.

السبب وراء استخدامنا لوحدتي تزويد طاقة في أجهزة الكمبيوتر ذات 4 وحدات معالجة رسومية أو أكثر هو توزيع الطاقة بشكل منفصل : فوحدة ATX واحدة بقدرة 2 كيلوواط عند 70% من الحمل كافية نظريًا، لكن حزمة الكابلات وحدها - أربعة كابلات PCIe لوحدات معالجة الرسوميات بالإضافة إلى كابل اللوحة الأم وكابلات EPS - يصعب توصيلها بوحدة تزويد طاقة واحدة. يؤدي تقسيم الطاقة إلى وحدتين بقدرة 1500 واط أو 2000 واط إلى تقليل كتلة الكابلات لكل جانب إلى النصف، وتقليل الحمل الحراري لكل وحدة إلى النصف، كما يوفر لك خيارًا احتياطيًا سلسًا باستخدام وحدتي معالجة رسومية فقط في حال تعطل إحدى وحدتي تزويد الطاقة أثناء التشغيل، بدلًا من تعطل النظام بالكامل.

يختلف نظام CRPS في هيكل الخادم. لوحة التوصيل الخلفية CRPS 2+2 المزودة بأربع وحدات طاقة بقدرة 2 كيلوواط وأزواج احتياطية 1+1 قابلة للاستبدال أثناء التشغيل، ويمكن أن تتعطل وحدة واحدة دون توقف النظام. هذا هو تكوين خادم بثمانية معالجات رسومية، ونوضح ذلك صراحةً في صفحة المنتج عند شحن أي جهاز مزود بهذه اللوحة الخلفية. وهو أيضًا التكوين الذي يبرر الادعاء بوجود "وحدة تزويد طاقة احتياطية". لا ندّعي ذلك في أجهزة ATX ذات الأربع معالجات رسومية، لأنه سيكون غير صحيح.

توازن السكة وحدود التيار لكل سكة

تأتي وحدات تزويد الطاقة الحديثة عالية الأداء من نوع ATX بتصميم أحادي المسار بجهد 12 فولت بشكل افتراضي، مما يُبسط الأمور - حيث يُمثل خرج الـ 12 فولت مصدرًا واحدًا، والحد الوحيد هو إجمالي قدرة وحدة تزويد الطاقة. يمكن لوحدة أحادية المسار بقدرة 2000 واط تعمل بجهد 230 فولت أن تُوفر تيارًا يصل إلى 166 أمبير عند جهد 12 فولت، وهو ما يكفي لتشغيل أي بطاقة رسومات واحدة.

بعض وحدات تزويد الطاقة القديمة أو الصناعية متعددة المسارات (12V1، 12V2، 12V3، 12V4)، ولكل مسار منها سعة حماية من التيار الزائد تتراوح عادةً بين 20 و40 أمبير. وهذا الأمر مهم في حالتين:

1. تقوم بتوصيل جهاز 5090 بمقبس 12V-2x6 (خليفة 12VHPWR) بخط 12 فولت واحد. يسحب جهاز 5090 عند ذروة عابرة تبلغ 600 واط تيارًا مقداره 50 أمبير على جهد 12 فولت. وسيؤدي تيار الحماية من التيار الزائد متعدد المسارات 40 أمبير إلى فصل الدائرة.
2. تقوم بتوصيل وحدتي معالجة رسومية (GPU) بنفس مجموعة منافذ متعددة المسارات. نفس المشكلة، بل وتضاعفت.

الحل العملي: بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر متعددة وحدات معالجة الرسومات، استخدم وحدات تزويد طاقة أحادية المسار بجهد 12 فولت. وحدات تزويد الطاقة متعددة المسارات هي من مخلفات حقبة كان فيها حماية التيار الزائد بجهد 12 فولت ميزة أمان في أنظمة الألعاب أحادية وحدة معالجة الرسومات. وهي غير مفيدة بتاتًا في هيكل كمبيوتر يحتوي على 4 وحدات من نوع 5090.

هيكل خرساني مكون من 4 وحدات معالجة رسومات 5090

أرقام من جهاز Kentino AI 96 Turin نموذجي مزود بأربع بطاقات RTX 5090:

Component                       Sustained        Peak
---------                       ---------        ----
4× RTX 5090                     4 × 500 W = 2000 W   4 × 600 W = 2400 W (transient)
EPYC 9354 (32-core, 280 W)      ~ 250 W              350 W
Motherboard + 8× 64 GB DDR5     ~ 100 W              150 W
2× NVMe SSD                     ~ 20 W               30 W
4× 120 mm industrial fans       ~ 30 W               40 W
                                --------             --------
Total system                    ~ 2.4 kW             ~ 3.0 kW transient

حجم وحدة تزويد الطاقة: 3.0 كيلوواط عابر / 0.92 (ذهبي عند 50% حمل) = ميزانية وحدة تزويد طاقة 3.26 كيلوواط. قرّب إلى 2 × 1500 واط ATX أو 2 × 2000 واط ATX ، أحادية المسار، ذهبية أو أفضل، مقسمة كالتالي:

• وحدة تزويد الطاقة A (2000 واط): اللوحة الأم، المعالج، محركات الأقراص، المراوح، وحدة معالجة الرسومات 1، وحدة معالجة الرسومات 2
• وحدة تزويد الطاقة B (1500 واط): وحدة معالجة الرسومات 3، وحدة معالجة الرسومات 4

إن خيار 2× 2000 واط هو ما نقدمه للعملاء الذين يريدون فترة تمهيدية للترقية إلى بطاقات RTX Pro 6000 Workstation لاحقًا (600 واط لكل منها، حد أقصى أكثر صرامة على العابر، ولكن حد أقصى مستدام يبلغ 2.4 كيلو واط في كلتا الحالتين).

هيكل خرساني مكون من 8 وحدات معالجة رسومات 5090

أرقام جهاز Kentino AI 256 Turin Dual المزود بـ 8 بطاقات RTX 5090:

Component                       Sustained        Peak
---------                       ---------        ----
8× RTX 5090                     8 × 500 W = 4000 W   8 × 600 W = 4800 W (transient)
2× EPYC 9554 (64-core, 360 W)   ~ 650 W              800 W
Motherboard + 16× 64 GB DDR5    ~ 180 W              250 W
4× NVMe SSD                     ~ 40 W               60 W
8× industrial server fans       ~ 80 W               120 W
                                --------             --------
Total system                    ~ 5.0 kW             ~ 6.0 kW transient

حجم وحدة تزويد الطاقة: 6.0 كيلوواط عابر / 0.94 (وحدة تزويد طاقة بلاتينية CRPS عند 50% من الحمل) = 6.4 كيلوواط ميزانية وحدة تزويد الطاقة. التكوين القياسي هو وحدتا تزويد طاقة CRPS بقدرة 2000 واط كحد أدنى، والأكثر شيوعًا هو وحدتا تزويد طاقة CRPS بقدرة 2000-2400 واط لكل منهما مع لوحة خلفية احتياطية.

هذا هو التكوين الذي يُبرر فيه الادعاء بوجود نظام احتياطي حقيقي بنسبة 1+1. ويبلغ فرق الإنفاق الرأسمالي مقارنةً بخادم مزود بوحدتي تزويد طاقة غير احتياطيتين حوالي 800 إلى 1200 يورو لكل عملية بناء.

يُعدّ جهد الإدخال 240 فولت عاملاً مهماً هنا. فنظام 5090 ذو 8 وحدات معالجة رسومية (GPU) على دائرة أحادية الطور 230 فولت 16 أمبير يستهلك 73% من قدرة قاطع الدائرة الكهربائية المستمرة، وهي الحد الأقصى المسموح به في معظم الأنظمة. لذا، نوصي باستخدام دائرة 32 أمبير، أو وحدة توزيع طاقة ثلاثية الطور (PDU) مثبتة في رف، بجهد 230 فولت لكل فرع، لأي نظام يحتوي على 8 وحدات معالجة رسومية.

تحجيم UPS

إذا كنت ستضع خادم ذكاء اصطناعي بأربعة أو ثمانية وحدات معالجة رسومية على وحدة تزويد طاقة غير منقطعة (UPS) - وهو ما يجب عليك فعله كحد أدنى لإيقاف التشغيل بسلاسة - فإن الحسابات هي:

• نظام بأربع وحدات معالجة رسومية: استهلاك طاقة مستدام 2.4 كيلوواط. يوفر لك جهاز UPS متصل بالشبكة بقدرة 3 كيلو فولت أمبير / 2.4 كيلوواط تغطية كاملة، لكن مدة تشغيله قصيرة جدًا (حوالي 5 دقائق عند أقصى حمل). وهذا يكفي لإيقاف التشغيل بسلاسة.
• نظام بثمانية وحدات معالجة رسومية: استهلاك طاقة مستدام 5 كيلوواط. الحد الأدنى المطلوب هو وحدة تزويد طاقة غير منقطعة (UPS) بقدرة 6 كيلو فولت أمبير متصلة بالشبكة. للحصول على مدة تشغيل فعلية لمدة 10 دقائق تحت الحمل، ستحتاج إلى وحدة تزويد طاقة غير منقطعة بقدرة 10 كيلو فولت أمبير أو زوج من الوحدات المتصلة بالتوازي.

ستتوقف وحدة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS) ذات القدرة المنخفضة على تحمل ذروة الحمل العابرة عن العمل أو ستتوقف عن العمل فور ارتفاع استهلاك وحدات معالجة الرسومات (GPUs). يجب أن تغطي قدرة وحدة UPS ذروة الحمل العابرة، وليس المتوسط ​​المستمر. يُعد التحويل المزدوج عبر الإنترنت هو البنية المناسبة لحوسبة الذكاء الاصطناعي. تتميز الوحدات التفاعلية مع الخط بزمن نقل بيانات يتراوح بين 4 و10 مللي ثانية، مما قد يتسبب أحيانًا في تعطل عمليات الاستدلال أثناء الانتقال. يجب أن يكون خرج الطاقة من الموجة الجيبية النقية، وليس الموجة الجيبية المعدلة، حيث لا تتحمل وحدات تزويد الطاقة الحديثة من نوع ATX وCRPS الموجة الجيبية المعدلة جيدًا عند الأحمال العالية.

جدول ملخص - توصيات وحدات تزويد الطاقة لكل فئة بناء

تُعدّ أرقام L40 وL4 هي السبب وراء استمرار جاذبية هذه البطاقات: إذ يعمل خادم استدلال L4 ثماني الطبقات على وحدة تزويد طاقة ATX واحدة بقدرة 1200 واط مع مساحة كافية، ويتناسب مع أي دائرة كهربائية مكتبية. لا تحتاج جميع أحمال العمل إلى Blackwell.

هذا جزء من موسوعة كينتينو، وهي سلسلة مرجعية حول الحوسبة الذكية، والروبوتات، والأنظمة التي تربط بينهما. نرحب بالتعليقات والتصويبات على البريد الإلكتروني info@kentino.com.