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 K-AI ذات 4 و8 وحدات معالجة رسومية على بطاقات المستهلك (RTX 5090، 4090) وبطاقات محطات العمل (RTX Pro 6000 Blackwell). المراجع المتقاطعة: W04، P01, P03، I04، P06L05.

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 هو جهاز UPS؟ لست لـ: الصمود أثناء انقطاع التيار الكهربائي لفترة طويلة. عند تصميمه بقدرة 5 كيلوواط لمدة عشر دقائق، فإنه يوفر بالفعل عدة كيلو فولت أمبير من سعة البطارية؛ وعند تصميمه لمدة ساعة، فإنه يشغل غرفة منفصلة. للصمود الفعلي أثناء انقطاع التيار الكهربائي، 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".

تُغير وحدات تزويد الطاقة الحديثة المزودة بتقنية الذكاء الاصطناعي هذا الوضع. نشط بك منذ عام 2010 تقريبًا، انخفض معامل القدرة إلى حوالي 0.95-0.99. تعمل وحدات تزويد الطاقة من نوع K-AI (مثل Corsair AX وSeasonic PRIME وSuper Flower Leadex وSupermicro CRPS) بمعامل قدرة ≥ 0.97. أما وحدات تزويد الطاقة الحديثة للخوادم فتصل إلى معامل قدرة ≈ 0.99، لذا تتساوى الآن قدرة وحدات UPS بالكيلو فولت أمبير (kVA) والقدرة بالكيلو واط (kW).

لا تزال عائلات أنظمة UPS التفاعلية مع الخط (Vertiv Liebert PSI5، APC Smart-UPS SMT) تتمتع بمعامل قدرة يبلغ حوالي 0.9. بالنسبة لأنظمة التحويل المزدوج بقدرة 6 كيلو فولت أمبير وما فوق، افترض أن كيلو فولت أمبير ≈ كيلو واط في حدود 10% واقرأ ورقة المواصفات. حدد الحجم بالكيلوواط، ثم تحقق من أن الكيلوفولت أمبير يغطيه.

التحويل المزدوج عبر الإنترنت مقابل التفاعل عبر الخط

ثلاث فئات من UPS؛ واحدة فقط مناسبة للذكاء الاصطناعي.

وضع الاستعداد (غير متصل بالإنترنت). نقل البيانات خلال 8-25 مللي ثانية، وغالبًا ما يكون على شكل موجة جيبية متدرجة. وحدات مكتبية بسعر 100 يورو. تخطى.

تفاعلي عبر الخطوط. محول ذاتي لتصحيح انخفاض/ارتفاع الجهد دون الحاجة إلى بطارية. زمن نقل البيانات من ٢ إلى ١٠ مللي ثانية. متوافق مع Vertiv Liebert PSI5 و APC Smart-UPS SMT و Eaton 5PX. مناسب تمامًا لتقنية المعلومات المكتبية. غير مناسب للحوسبة باستخدام الذكاء الاصطناعي.

التحويل المزدوج عبر الإنترنت. يعمل الحمل بشكل دائم من العاكس، ويتغذى عبر ناقل تيار مستمر من مقوم وبطارية موصولين على التوازي. عند انقطاع التيار الكهربائي، تتولى البطارية تغذية ناقل التيار المستمر - ولا يتأثر العاكس بذلك. زمن التحويل صفرتمت إعادة توليد المخرجات 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 خلال 4-10 مللي ثانية إلى انهيار وحدة تزويد الطاقة بالقرب من طاقتها المقدرة (تستغرق وحدة تزويد الطاقة K-AI بقدرة 5 كيلو واط عند 70% من الحمل حوالي 12 مللي ثانية؛ ويستهلك نقل البيانات خلال 6 مللي ثانية نصف هذه المدة دون أي هامش للارتفاعات المفاجئة). ينتشر انخفاض الجهد اللحظي بمقدار 12 فولت إلى مدخل وحدة تنظيم الجهد (VRM) لوحدة معالجة الرسومات (GPU) - مما يؤدي إلى انخفاض تردد الساعة، وأخطاء تصحيح الأخطاء (ECC)، 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 الطاقة غير المنقطعة (UPS). — يقوم المشغلون بإعادة فتح SSH بعد انقطاع دام دقيقة واحدة. معدات الشبكة تفعل ذلك — الخادم الذي يبقى يعمل ولكنه لا يستطيع الوصول إلى شبكة المشغل أثناء إيقاف التشغيل يُصنف ضمن نفس فئة الخادم المتوقف عن العمل. 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 K-AI، الهدف 10-15 دقيقة تحت حمل مستمرخمسة كافية تقنيًا لإيقاف التشغيل بسلاسة، لكنها لا تترك مجالًا للخطأ في حال تذبذب الشبكة (انقطاع، ثم عودة التيار بعد 30 ثانية، ثم انقطاعه مجددًا). ​​أما خمسة عشر فتتيح 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 قدرة 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%.

يُعد الليثيوم هو الخيار الافتراضي للتركيبات الجديدة التي تزيد عن 3 كيلو فولت أمبير. يعني نظام إدارة البطارية (BMS) أيضًا أن وحدة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) تعرف متى تنخفض طاقة بطاريتها. ولا تزال بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالجهد (VRLA) خيارًا مناسبًا لبطاريات الحماية والاستبدال الصغيرة جدًا (1-3 كيلو فولت أمبير) في الوحدات غير الليثيومية.

اختيارات الخرسانة لكل مستوى من مستويات الذكاء الاصطناعي

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

4-GPU K-AI (2.4 كيلو واط مستدام، 3.0 كيلو واط عابر): 3 كيلو فولت أمبير / 2.7 كيلو واط، تحويل مزدوج، بطاريات ليثيوم. APC Smart-UPS SRT 3000، Eaton 9PX 3000، Vertiv Liebert GXT5 3000، Riello Sentinel Dual SDU 3000. مدة تشغيل داخلية حوالي 5 دقائق - كافية لإيقاف التشغيل الآمن. سعرها في الاتحاد الأوروبي: 1500 - 2500 يورو لبطاريات الليثيوم، 1000 - 1600 يورو لبطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالجهد (VRLA). قابلة للتحويل بين 2U و3U.

8-GPU K-AI (5 كيلو واط مستدام، 6 كيلو واط عابر): ٦ كيلو فولت أمبير / ٥٫٤–٦ كيلو واط، تحويل مزدوج، بطاريات ليثيوم. APC Smart-UPS SRT 6000، Eaton 9PX 6000، Vertiv Liebert GXT5 6000، Riello Sentinel Dual SDH 6000. مدة التشغيل الداخلية ٤–٦ دقائق؛ خزانة خارجية واحدة لمدة ١٠–١٢ دقيقة. سعر الوحدة في الاتحاد الأوروبي: ٣٠٠٠–٥٠٠٠ يورو لبطاريات الليثيوم، ٢٠٠٠–٣٥٠٠ يورو لبطاريات VRLA، بالإضافة إلى ١٠٠٠–٢٠٠٠ يورو لكل خزانة. ٤U–٦U.

رف مكون من 4 × 8 وحدات معالجة رسومات (20 كيلو واط مستدامة): نظام مركزي بقدرة 20-30 كيلو فولت أمبير، أو 6 كيلو فولت أمبير لكل خادم. النظام المركزي: APC Smart-UPS SRT 20000، Eaton 9PX 22 كيلو فولت أمبير، Vertiv Liebert APM، Schneider Galaxy VS 20 كيلو واط - بطاريات ليثيوم تتراوح تكلفتها بين 12000 و20000 يورو لمدة تشغيل 10 دقائق. النظام لكل خادم: 4 × 6 كيلو فولت أمبير، بتكلفة إجمالية تتراوح بين 16000 و22000 يورو.

يُعدّ نظام التزويد المركزي للطاقة أكثر كفاءة (محول واحد بكفاءة 96-97% مقابل أربعة محولات بكفاءة 92-94%)، ويشغل مساحة أقل في الخوادم، كما أنه أرخص لكل كيلوواط عند تجاوز 15 كيلوواط تقريبًا. أما نظام التزويد لكل خادم فهو أكثر مرونة، إذ يؤدي تعطل وحدة التزويد المستمر للطاقة (UPS) إلى توقف خادم واحد. رف واحد، مشغل واحد: مركزية. اتفاقية مستوى الخدمة للخدمات المُدارة: توزيع.

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 القدرة السنوي. يتم التفريغ اليدوي مرة واحدة في السنة. أقل من 80% من السعة المقدرة تكون في نهاية عمرها الافتراضي. أكثر أعطال أجهزة UPS شيوعًا في الاستخدام الفعلي هو وحدة تُظهر رسالة "البطارية سليمة" بينما تُزوّد ​​الطاقة لمدة 30 ثانية بدلًا من 10 دقائق. — تقديرات البرامج الثابتة تعتمد على جهد الشحن، وليس السعة الفعلية. نظام إدارة بطارية الليثيوم يحل محل الاختبار؛ وهو إلزامي لبطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالجهد. راجع L05.

فخ "وصلته بالكهرباء ونسيت"

نفاد البطارية بصمت. ظلّت وحدة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) متوقفة لمدة ثلاث سنوات. اجتازت اختبار التشغيل الذاتي الذي يستغرق 30 ثانية بنجاح لأن البطارية لا تزال مشحونة لمدة 30 ثانية. مؤشر التشغيل يعمل بشكل طبيعي. بعد انقطاع التيار لمدة خمس دقائق، توقف العاكس عن العمل عند الثانية 45، وأُعيد تشغيل الخادم قسرًا. نفدت البطارية لمدة 18 شهرًا.

التعرض للإجهاد الحراري. وحدة تزويد طاقة غير منقطعة (UPS) في خزانة مع خادم بأربع وحدات معالجة رسومية (GPU) تستهلك 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

بعد مرور أكثر من 20-30 دقيقة من التشغيل، تكون البطاريات غير مناسبة. يتم تشغيل 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 النقص - حيث توفر البطارية الحمل الكامل لمدة 60 ثانية تقريبًا مع هامش أمان. مدة تشغيل جهاز UPS لمدة 5 دقائق أكثر من كافية. تأتي التغطية طويلة الأمد من خزان الوقود. P06 يشمل ذلك مولدات الطاقة، ونظام التحويل التلقائي، وأجهزة التعشيق.

---

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