تحديد حجم نظام UPS للحوسبة الذكية: البنية، وتركيب البطارية الكيميائي، ووقت التشغيل، وفخ كيلو فولت أمبير

يُعدّ تركيب وحدة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS) أمام خادم الذكاء الاصطناعي بندًا في قائمة بنود الميزانية، حيث يكمن الفرق بين اختيار الخيار الأمثل والخيار الأرخص في معرفة المنتج أكثر من مجرد إنفاق المال. فوحدة 6 كيلو فولت أمبير المكتوب عليها "6000 واط" غالبًا ما لا تكون وحدة UPS بقدرة 6 كيلو واط. أما وحدة UPS التفاعلية مع التيار، والتي تُكلّف ثلث تكلفة وحدة التحويل المزدوج، فهي مناسبة لأجهزة سطح المكتب المكتبية، ولكنها قد تُساهم أحيانًا في حدوث عطل في عقدة تضم 4 وحدات معالجة رسومية.

هذا نظام حماية UPS لأجهزة كينتينو: خوادم كينتينو للذكاء الاصطناعي ذات 4 و8 وحدات معالجة رسومية على بطاقات الرسومات الاستهلاكية (RTX 5090، 4090) وبطاقات محطات العمل (RTX Pro 6000 Blackwell). المراجع المتقاطعة: W04، P01 ، P03 ، I04، P06 ، L05.

لماذا يحتاج خادم الذكاء الاصطناعي إلى وحدة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS) أصلاً؟

ليس لضمان استمرارية التشغيل. يتم حفظ نقاط التحقق من مهام التدريب؛ بينما يتم استنزاف موارد الاستدلال وإعادة تشغيلها. في حال انقطاع التيار الكهربائي لمدة تسعين دقيقة، ستفقد المهمة منذ آخر نقطة تحقق - مع بقاء النموذج والبيانات والأجهزة. ما يوفره جهاز UPS:

1. إيقاف تشغيل سلس. إعادة التشغيل القسري تحت ضغط عالٍ تُعدّ حدثًا غير مرغوب فيه، إذ قد تصبح أنظمة الملفات غير متناسقة أثناء الكتابة (يتعامل سجل العمليات مع بعض نقاط التحقق التالفة أو عمليات الكتابة الجارية في قاعدة البيانات، وليس مع عمليات الكتابة غير المكتملة). مع وجود وحدة تزويد طاقة غير منقطعة (UPS)، يقوم الخادم بتفريغ قوائم الانتظار، ومزامنة أنظمة الملفات، وإرسال إشارات SIGTERM إلى vLLM أو SGLang، ثم إيقاف التشغيل من خلال نظام التشغيل - يستغرق ذلك من ثلاث إلى خمس دقائق على عقدة مُحسَّنة.
2. رحلة عابرة. ينخفض ​​جهد الشبكة الكهربائية لعشرات إلى مئات المللي ثانية. عادةً ما يمتصه نظام تزويد الطاقة؛ وأحيانًا يُعاد تشغيل الخادم تلقائيًا. والأسوأ من ذلك: أن وحدة معالجة الرسومات (GPU) تشهد انخفاضًا في الجهد بمقدار 12 فولت لبضع مللي ثانية، فتُقلل من ترددها، وتُظهر أخطاء تصحيح الأخطاء (ECC)، ويكون خرج الاستدلال خاطئًا بشكل طفيف لعدة دقائق حتى تتم إعادة ضبط برنامج التشغيل. تم تشخيص المشكلة بعد أسابيع من خلال ملاحظة ازدياد الحيرة.
3. تكييف الطاقة. تعمل عملية التحويل المزدوج على إعادة توليد موجة جيبية من ناقل التيار المستمر. ويتلقى مزود الطاقة جهدًا نقيًا قدره 230 فولت بغض النظر عن جودة الشبكة الكهربائية.

ما لا يُستخدم فيه جهاز UPS : استمرار انقطاع التيار الكهربائي لفترة طويلة. فعند تصميمه بقدرة 5 كيلوواط لمدة عشر دقائق، فإنه يحتاج إلى عدة كيلو فولت أمبير من البطارية؛ أما عند تصميمه لساعة كاملة، فإنه يحتاج إلى غرفة منفصلة. ولضمان استمرارية العمل بشكل كامل، أنت بحاجة إلى مولد كهربائي ( P06 ).

فخ كيلو فولت أمبير مقابل كيلو واط

القدرة الظاهرية (كيلو فولت أمبير) تساوي حاصل ضرب الجهد الفعال (RMS V) في التيار الفعال (RMS I). أما القدرة الحقيقية (كيلو واط) فهي القدرة الفعلية التي تُنتج الطاقة. معامل القدرة = كيلو واط / كيلو فولت أمبير.

بالنسبة للأحمال غير الخطية، يكون معامل القدرة أقل من 1.0، ومع ذلك، يظل جهاز UPS مزودًا بكامل القدرة الكهربائية بالكيلو فولت أمبير. كانت الوحدات القديمة تُحدد القدرة الكهربائية بالفولت أمبير بافتراض معامل قدرة يتراوح بين 0.6 و0.8. قد يكون لجهاز UPS "بقدرة 6 كيلو فولت أمبير" من عام 2010 قدرة فعلية تبلغ 4 كيلو واط - ومن هنا تأتي معظم المفاجآت المتعلقة بـ "قدرة 6000 فولت أمبير، وإيقاف التشغيل عند 4500 واط".

تُغيّر وحدات تزويد الطاقة الحديثة المزودة بتقنية الذكاء الاصطناعي هذا الوضع. فمنذ عام 2010 تقريبًا، يعمل تصحيح معامل القدرة النشط (PFC ) على خفض معامل القدرة (PF) إلى ما بين 0.95 و0.99. وتعمل وحدات تزويد الطاقة من نوع Kentino المزودة بتقنية الذكاء الاصطناعي (مثل Corsair AX وSeasonic PRIME وSuper Flower Leadex وSupermicro CRPS) بمعامل قدرة (PF) ≥ 0.97. أما وحدات تزويد الطاقة الحديثة للخوادم، فتصل إلى معامل قدرة (PF) ≈ 0.99، وبالتالي تتساوى الآن قدرة (kVA) وقدرة (kW) لوحدات UPS.

لا تزال عائلات أنظمة UPS التفاعلية (مثل Vertiv Liebert PSI5 و APC Smart-UPS SMT) تتمتع بمعامل قدرة يبلغ حوالي 0.9. بالنسبة لأنظمة التحويل المزدوج بقدرة 6 كيلو فولت أمبير فأكثر، افترض أن كيلو فولت أمبير ≈ كيلو واط ضمن هامش خطأ 10%، واطلع على ورقة المواصفات. حدد الحجم بناءً على كيلو واط، ثم تأكد من أن كيلو فولت أمبير يغطي هذا الحجم.

التحويل المزدوج عبر الإنترنت مقابل التفاعل عبر الخط

ثلاث فئات من UPS؛ واحدة فقط مناسبة للذكاء الاصطناعي.

وضع الاستعداد (غير متصل). زمن نقل البيانات من 8 إلى 25 مللي ثانية، وغالبًا ما يكون على شكل موجة جيبية متدرجة. وحدات مكتبية بقيمة 100 يورو. تخطي.

تفاعلي مع الخط. محول ذاتي لتصحيح انخفاض/ارتفاع الجهد دون الحاجة إلى بطارية. زمن نقل البيانات من 2 إلى 10 مللي ثانية. متوافق مع Vertiv Liebert PSI5 و APC Smart-UPS SMT و Eaton 5PX. مناسب تمامًا لتقنية المعلومات المكتبية، ولكنه غير ملائم للحوسبة الذكية.

تحويل مزدوج عبر الإنترنت. يعمل الحمل باستمرار من العاكس، ويتغذى عبر ناقل تيار مستمر من مقوم وبطارية موصولين بالتوازي. عند انقطاع التيار، تتولى البطارية ناقل التيار المستمر - دون أن يلاحظ العاكس ذلك. زمن التحويل صفر ، ويتم تجديد الخرج بالكامل. APC Smart-UPS SRT، Eaton 9PX، Vertiv Liebert GXT5/EXM، Riello Sentinel Dual SDU/SDH، Schneider Galaxy VS.

لماذا التحويل المزدوج؟: يؤدي نقل البيانات لمدة 4-10 مللي ثانية إلى انهيار وحدة تزويد الطاقة بالقرب من طاقتها المقدرة (عقدة Kentino AI بقدرة 5 كيلو واط عند حمولة 70% من وحدة تزويد الطاقة تستغرق حوالي 12 مللي ثانية؛ ويستهلك نقل البيانات لمدة 6 مللي ثانية نصف هذه المدة دون أي هامش للذروات العابرة). ينتشر انخفاض الجهد اللحظي بمقدار 12 فولت إلى مدخل VRM الخاص بوحدة معالجة الرسومات - انخفاضات في تردد الساعة، وأخطاء تصحيح الأخطاء، وأحيانًا انقطاع اتصال البطاقة بالناقل. وحدات تزويد الطاقة الحديثة من نوع ATX وCRPS حساسة جدًا لإشارة الجيب المعدلة. يزيل التحويل المزدوج كل هذه المشاكل الثلاث.

التكلفة: 1500-2500 يورو لأنظمة التحويل المزدوج بقدرة 6 كيلو فولت أمبير؛ و700-1200 يورو للأنظمة التفاعلية. بالنسبة لخادم بتكلفة تزيد عن 30 ألف يورو، بالإضافة إلى 5 آلاف يورو أخرى للكهرباء والتبريد، فإن فرق التكلفة البالغ 1000 يورو هو أرخص تأمين يمكنك شراؤه.

حسابات تحديد الحجم: الحمل الفعلي للطاقة + المساحة المتاحة

P_ups_kW   =  (P_server + P_network + P_workstation_critical) × 1.25
P_ups_kVA  =  P_ups_kW / PF_load   (PF ≈ 0.97 for AI PSUs)

يغطي الإصدار 1.25 الارتفاعات العابرة لوحدة معالجة الرسومات (مثل وصول 5090 إلى 600 واط لمدة 5 مللي ثانية) ونمو بنسبة 10٪.

لا تحتاج محطات العمل عادةً إلى وحدة تزويد طاقة غير منقطعة (UPS )، إذ يعيد المشغلون فتح اتصال SSH بعد انقطاع لمدة دقيقة واحدة. أما معدات الشبكة فتحتاج إلى ذلك ، فالخادم الذي يعمل ولكنه لا يستطيع الوصول إلى شبكة المشغل أثناء الإغلاق يُصنف ضمن فئة الخوادم المعطلة. ويشمل ذلك مفتاح ToR ونقطة الوصول الإدارية.

لضمان التشغيل السليم: قم بتحميل وحدة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) بنسبة 70-80% من قدرتها المقدرة بالكيلوواط. أقل من 50% يُهدر رأس المال على نقطة تشغيل أقل كفاءة؛ وأكثر من 85% لا يترك مجالاً للتقلبات، وتتجاوز وحدة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) عند أول ارتفاع مفاجئ في استهلاك وحدة معالجة الرسومات (GPU).

تحديد حجم وقت التشغيل

إن مضاعفة وقت التشغيل تزيد من تكلفة البطارية بأكثر من الضعف لأن البطاريات الأكبر حجماً تحتاج أيضاً إلى عاكس أكبر.

بالنسبة لـ Kentino AI، استهدف مدة تتراوح بين 10 و15 دقيقة عند الحمل المستمر . خمس دقائق كافية تقنيًا لإيقاف التشغيل بسلاسة، لكنها لا تترك مجالًا للخطأ في حال حدوث تذبذب في الشبكة (انقطاع، ثم عودة بعد 30 ثانية، ثم انقطاع مرة أخرى). تتيح مدة 15 دقيقة للمشغل تسجيل الدخول وتحديد ما إذا كان سيستمر في العمل أم سيوقف التشغيل.

توفر وحدة UPS بقدرة 6 كيلو فولت أمبير مزودة ببطاريات داخلية عادةً ما بين 4 إلى 6 دقائق من التشغيل. يحتاج عشرة أشخاص إلى خزانة بطاريات خارجية واحدة، بينما يحتاج خمسة عشر شخصًا إلى اثنتين. تبلغ تكلفة كل خزانة حوالي 30-40% من سعر وحدة UPS. يُعد وقت التشغيل العامل الأهم في تحديد التكلفة.

تصل نقطة التعادل للمولد إلى حوالي 20-30 دقيقة عند 5 كيلوواط. في الأسفل: البطاريات. في الأعلى: المولد + جسر UPS أصغر ( P06 ).

الليثيوم مقابل بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالصمام: صورة عام 2026

لقد تجاوزت بطاريات الليثيوم أيون (LFP - فوسفات حديد الليثيوم، بطاريات ثابتة آمنة كيميائياً) عتبة فعالية التكلفة في السنوات الثلاث الماضية، ويقوم كل مورد رئيسي الآن بشحن متغيرات الليثيوم من خطوط التحويل المزدوج متوسطة المدى الخاصة بهم.

تعتمد التكلفة الإجمالية للملكية على كيفية تأثير درجة حرارة الغرفة على عمر بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالصمام (VRLA). فعند وضع وحدة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS) في خزانة بدرجة حرارة 30 درجة مئوية، تستهلك بطاريات VRLA كل 18-24 شهرًا، بينما تسترد بطاريات الليثيوم تكلفتها في غضون سنتين إلى ثلاث سنوات. أما في مختبر بدرجة حرارة 22 درجة مئوية، فقد تعمل بطاريات VRLA لمدة خمس سنوات، بينما تسترد بطاريات الليثيوم تكلفتها على مدى فترة أطول. وتُعد التكلفة الإجمالية للملكية لبطاريات الليثيوم أقل بنحو 35% على مدى 10 سنوات، بينما يُشير بعض الموردين إلى انخفاضها بنسبة 50%.

يُعدّ الليثيوم الخيار الافتراضي للتركيبات الجديدة التي تزيد قدرتها عن 3 كيلو فولت أمبير. كما يُمكّن نظام إدارة البطارية (BMS) وحدة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) من معرفة متى تنخفض طاقة بطاريتها. ولا تزال بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالجهد (VRLA) خيارًا مناسبًا لوحدات الحماية والاستبدال الصغيرة جدًا (1-3 كيلو فولت أمبير) في الوحدات التي لا تستخدم الليثيوم.

اختيارات ملموسة لكل طبقة Kentino AI

عائلات الموردين، وليس وحدات التخزين (SKUs) - فالعائلات مستقرة، بينما تتغير أرقام الطرازات.

وحدة كينتينو AI رباعية المعالجات الرسومية (2.4 كيلوواط مستمر، 3.0 كيلوواط عابر): 3 كيلو فولت أمبير / 2.7 كيلوواط تحويل مزدوج، تعمل ببطاريات الليثيوم. تشمل الخيارات الأخرى: APC Smart-UPS SRT 3000، Eaton 9PX 3000، Vertiv Liebert GXT5 3000، Riello Sentinel Dual SDU 3000. مدة تشغيل داخلية 5 دقائق تقريبًا - كافية لإيقاف التشغيل الآمن. سعرها في الاتحاد الأوروبي: 1500 - 2500 يورو لبطاريات الليثيوم، 1000 - 1600 يورو لبطاريات VRLA. قابلة للتحويل بين 2U و3U.

وحدة كينتينو AI ثمانية معالجات رسومية (5 كيلوواط مستمر، 6 كيلوواط مؤقت): 6 كيلو فولت أمبير / 5.4-6 كيلوواط تحويل مزدوج، ليثيوم. APC Smart-UPS SRT 6000، Eaton 9PX 6000، Vertiv Liebert GXT5 6000، Riello Sentinel Dual SDH 6000. داخلي 4-6 دقائق؛ خزانة خارجية واحدة 10-12 دقيقة. 3000-5000 يورو لليثيوم، 2000-3500 يورو لبطاريات VRLA، بالإضافة إلى 1000-2000 يورو لكل خزانة. 4U-6U.

وحدة تخزين تضم 4 × 8 وحدات معالجة رسومية (20 كيلوواط طاقة مستدامة): طاقة مركزية 20-30 كيلو فولت أمبير، أو 6 كيلو فولت أمبير لكل خادم. الطاقة المركزية: APC Smart-UPS SRT 20000، Eaton 9PX 22 كيلو فولت أمبير، Vertiv Liebert APM، Schneider Galaxy VS 20 كيلو واط - بطاريات ليثيوم 12000 - 20000 يورو لمدة تشغيل 10 دقائق. الطاقة لكل خادم: 4 × 6 كيلو فولت أمبير، 16000 - 22000 يورو إجماليًا.

يُعدّ النظام المركزي أكثر كفاءة (محوّل واحد بكفاءة 96-97% مقابل أربعة محوّلات بكفاءة 92-94%)، ويشغل مساحة أقل في الخزانة، وأقل تكلفة لكل كيلوواط فوق 15 كيلوواط تقريبًا. كما أن النظام لكل خادم أكثر مرونة - فتعطل وحدة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS) يؤدي إلى تعطل خادم واحد. خزانة واحدة، ومشغل واحد: النظام المركزي. اتفاقية مستوى الخدمة للخدمات المُدارة: النظام الموزع.

المراقبة: SNMP، NUT، سلسلة الإغلاق

جهاز UPS الذي لا يخضع للمراقبة هو جهاز يفشل بهدوء في اختبار سعته ويخيب ظنك في اليوم الذي تحتاجه فيه. ثلاث طبقات، منذ اليوم الأول.

اختبار السعة السنوي. تفريغ يدوي مرة واحدة سنويًا. أقل من 80% من السعة المقدرة تعني نهاية العمر الافتراضي. أكثر أعطال أجهزة UPS شيوعًا هو ظهور رسالة "البطارية سليمة" بينما تعمل لمدة 30 ثانية بدلًا من 10 دقائق - تقديرات البرامج الثابتة مبنية على جهد الشحن، وليس على السعة الفعلية. نظام إدارة البطارية (BMS) الخاص ببطاريات الليثيوم يحل محل الاختبار؛ وهو إلزامي لبطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالجهد (VRLA). راجع المرجع L05.

فخ "وصلته بالكهرباء ونسيت"

تعطلت البطارية بصمت. بقي جهاز UPS متوقفًا عن العمل لمدة ثلاث سنوات. اجتاز اختبار التشغيل الذاتي الذي يستغرق 30 ثانية بنجاح لأن البطارية لا تزال تعمل لمدة 30 ثانية. مؤشر التشغيل يعمل بشكل طبيعي. انقطع التيار الكهربائي لمدة خمس دقائق، وتوقف العاكس عن العمل عند الثانية 45، وأُعيد تشغيل الخادم قسرًا. تعطلت البطارية لمدة 18 شهرًا.

التعرض للحرارة المفرطة. جهاز UPS موضوع في خزانة مع خادم بأربع وحدات معالجة رسومية يستهلك 2.4 كيلوواط، بدون تبريد، ودرجة حرارة محيطة تتراوح بين 32 و35 درجة مئوية طوال فصل الصيف. تتدهور بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالجهد (VRLA) بمعدل الضعف تقريبًا لكل 10 درجات مئوية فوق 25 درجة مئوية - تدوم البطاريات المصنفة لخمس سنوات 18 شهرًا عند 35 درجة مئوية. بطاريات الليثيوم أكثر تحملاً، لكنها لا تزال تفضل درجات حرارة أقل من 30 درجة مئوية.

الحل: تحديد موعد للاختبار، ومراقبة درجة حرارة الغرفة، ووضع ملصق بتاريخ الاستبدال التالي على الوحدة.

معاينة تكامل المولد

إذا تجاوز وقت تشغيل البطاريات 20-30 دقيقة، فهذا يعني وجود مشكلة. يتم تركيب مولد كهربائي خارجي بقدرة 10 أو 20 كيلوواط، موصول بمفتاح تحويل تلقائي (ATS). عند انقطاع التيار الكهربائي، يبدأ مفتاح التحويل التلقائي بالعمل، وينتظر استقرار التيار (10-30 ثانية)، ثم ينقل الحمل. يقوم نظام الإمداد غير المنقطع للطاقة (UPS) بتغطية هذه الفترة، حيث توفر البطارية الحمل الكامل لمدة 60 ثانية تقريبًا مع هامش أمان. يكفي وقت تشغيل نظام الإمداد غير المنقطع للطاقة لمدة 5 دقائق. أما التغطية طويلة الأمد فتأتي من خزان الوقود. يغطي القسم P06 المولد الكهربائي، ومفتاح التحويل التلقائي، وأنظمة التعشيق.

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.