As cargas de trabalho de IA de alta densidade introduzem demandas de energia rápidas e variáveis. Nossos testes avaliaram como os sistemas UPS da Vertiv respondem a essas condições.
Perfis de carga de IA: Dinâmicos, cíclicos e exigentes
Ao contrário das cargas de trabalho tradicionais, as cargas de trabalho de IA que utilizam GPUs modernas apresentam perfis de carga altamente dinâmicos e cíclicos. Em vez de manter um consumo de energia constante, os sistemas de IA alternam frequentemente entre estados de baixa atividade e picos repentinos de capacidade máxima de processamento. Essas flutuações podem ocorrer a cada poucos segundos ou até mesmo milissegundos, com as cargas saltando do estado ocioso (cerca de 10%) para a capacidade total (100-150%) quase instantaneamente.
The diagram illustrates a representative AI load pattern. Here, we observe cycles where the system rapidly powers up to maximum compute levels, often exceeding 100% nominal load, then quickly drops to a lower averaged GPU power state. This behavior repeats frequently, creating power patterns that are both sharp and regular. Such patterns challenge the responsiveness of traditional power infrastructure, making it essential to design UPS and power distribution systems that can sustain rapid load transitions without degradation in performance or reliability.
Impacto no sistema de alimentação de energia
A natureza dinâmica e cíclica dos perfis de carga da IA exerce uma pressão significativa sobre todo o sistema de alimentação de energia. Flutuações de energia frequentes e abruptas intensificam o ciclo térmico em todos os componentes de distribuição de energia, acelerando o desgaste e potencialmente reduzindo a vida útil do sistema. Elementos-chave da infraestrutura – como painéis de distribuição, barramentos, quadros de distribuição, PDUs, chaves de transferência estática (STS) e sistemas UPS – são repetidamente submetidos a rápidas mudanças de carga, o que aumenta o estresse elétrico e térmico e desafia sua capacidade de manter a estabilidade e a eficiência.
Se essas transições rápidas de carga não forem filtradas ou atenuadas adequadamente, as oscilações resultantes podem se propagar a montante, em direção à conexão principal da concessionária de energia. Em grandes data centers que operam em níveis de múltiplos megawatts, isso pode fazer com que a rede elétrica experimente picos de demanda súbitos e repetidos. Essa instabilidade pode perturbar o equilíbrio da rede e criar problemas de qualidade de energia, afetando potencialmente não apenas o próprio data center, mas também a infraestrutura da rede circundante.
Do lado do gerador, esses picos rápidos de carga podem exceder a capacidade do gerador de responder dentro dos limites aceitáveis. Em casos extremos, o gerador pode rejeitar completamente a carga, resultando na desconexão de sistemas críticos de sua fonte de energia de backup. Isso expõe a instalação a um risco significativo, principalmente durante quedas de energia ou distúrbios na rede elétrica, quando uma fonte de energia de backup confiável é essencial.
Por que o UPS é um componente essencial para lidar com o impacto da IA
Em toda a cadeia de fornecimento de energia, o UPS se destaca como um componente ativo capaz de mitigar eficazmente os desafios introduzidos pelas cargas de trabalho de IA. Ao contrário dos elementos de distribuição passivos – como painéis de distribuição, PDUs ou barramentos – o UPS incorpora conversores de energia que regulam e convertem continuamente a energia elétrica. Isso permite que ele atue como um filtro entre a carga de IA flutuante e a infraestrutura a montante.
Ao gerenciar ativamente o fluxo de energia, o UPS pode suavizar as transições bruscas de carga e atuar como um filtro, absorvendo ou remodelando o perfil de carga antes que ele atinja elementos críticos, como a rede elétrica ou o sistema de baterias. Um sistema UPS configurado corretamente permite que as instalações de IA contenham o impacto da dinâmica da carga de IA, protegendo a estabilidade da infraestrutura de energia e fornecendo energia contínua, limpa e previsível.
Simulador de Carga de IA: Uma inovação patenteada para validação de energia pronta para IA
Os operadores de data centers precisam de uma maneira de testar com precisão o comportamento da carga de IA e validar sua infraestrutura de energia antes da implementação. Sem essa validação, os operadores correm o risco de degradação do desempenho, tempo de inatividade não planejado e superdimensionamento dispendioso.
Reconhecendo essa necessidade, a Vertiv desenvolveu o Simulador de Carga de IA, um sistema de teste patenteado projetado para replicar com precisão o comportamento elétrico das cargas de computação orientadas por IA – especificamente, os perfis de energia irregulares e de comutação rápida de clusters de GPU operando em ciclos de treinamento ou inferência. Este sistema permite que as equipes de engenharia realizem testes determinísticos e repetíveis de unidades UPS, PDUs e arquiteturas completas de distribuição de energia em condições realistas de IA.
O Simulador de Carga de IA permite perfis de carga predefinidos e totalmente configuráveis, reproduzindo padrões típicos de energia de IA. Esses perfis também podem incorporar curvas de carga reais fornecidas pelos fabricantes de GPU, permitindo condições de teste altamente realistas e representativas.
Dois modos de simulação estão disponíveis: a primeira versão suporta perfis de carga de 2 etapas e curvas específicas de aplicação, enquanto a segunda versão estende a funcionalidade para perfis de 3 etapas, permitindo cenários de teste mais granulares e complexos. O sistema foi projetado para operar em diferentes níveis de potência, desde testes de rack único até validação de infraestrutura em grande escala, e suporta configurações CA e CC.
O Simulador de Carga de IA inclui recursos avançados de monitoramento e análise, fornecendo insights em tempo real e relatórios detalhados sobre como a infraestrutura responde a demandas de energia repentinas e flutuantes. Esses insights são essenciais para otimizar o projeto, apoiar P&D e personalizar demonstrações específicas para o cliente.
Implementado inicialmente no Centro Global de Experiência do Cliente de Energia da Vertiv em Bolonha, o Simulador de Carga de IA está sendo expandido globalmente como uma ferramenta essencial para validar a prontidão da infraestrutura para cargas de trabalho de IA. Ele permite testes de estresse proativos e ajuste fino de arquiteturas de energia para atender aos requisitos reais dos clusters de IA modernos – mitigando riscos, reduzindo o superdimensionamento e aumentando a robustez do sistema.
Padrões de desempenho de UPS: Testes com simulador de carga de IA
Este capítulo resume os resultados dos testes de desempenho realizados em sistemas UPS de grande potência da Vertiv, quando submetidos a padrões de carga simulados de Inteligência Artificial (IA). O objetivo principal foi avaliar a capacidade do UPS de manter uma saída estável e ininterrupta sob condições de carga dinâmicas e repetitivas, típicas de cargas de trabalho de IA, utilizando a rede elétrica como fonte de energia.
Os testes incluíram o monitoramento e a análise dos principais parâmetros do UPS: tensão de entrada e saída, corrente, frequência e comportamento do barramento CC. Foi dada atenção especial à resposta do UPS às transições rápidas entre as fases de processamento e inatividade, observadas durante os ciclos de treinamento e inferência de IA.
A primeira rodada de testes foi executada utilizando o Simulador de Carga de IA Rev.1, capaz de gerar variações de carga em degrau com temporização de ligar/desligar configurável. Esses testes iniciais tiveram como objetivo verificar se o firmware padrão do UPS conseguia suportar transições rápidas e repetidas sem depender das baterias.
Unidades UPS em teste:
Todos os testes foram realizados com a UPS operando no modo de dupla conversão.
O objetivo é verificar se a estabilidade da saída do sistema e o desempenho geral permanecem inalterados durante a operação contínua, visto que a norma IEC 62040-3 estipula esse requisito apenas como um teste único.
Cenário 1: Degraus de carga de 0–50% até 0–100%
Descrição do perfil de carga: Este teste representa uma condição de alta frequência e alto estresse devido à rápida alternância de energia (100 ms LIGADO / 30 ms DESLIGADO), que impõe estresse térmico (ΔT) aos semicondutores do retificador e do inversor.
Duração do teste: 4 horas
Perfil de carga: 100 ms LIGADO, 30 ms DESLIGADO (8,3 Hz)
Cenário 1, visão geral do gráfico de perfil de carga.
Cenário 1, Formas de onda de entrada/saída/barramento CC/baterias
Cenário 2: Degraus de carga de 30–50% até 30–100%
Descrição do perfil de carga: Este perfil simula um comportamento de ciclagem mais estável (500 ms LIGADO / 500 ms DESLIGADO), permitindo que o barramento CC atinja um estado estacionário entre as transições.
Duração do teste: 4 horas
Perfil de carga: 500 ms LIGADO, 500 ms DESLIGADO (1 Hz)
Cenário 2, visão geral do gráfico de perfil de carga.
Cenário 3: Degraus de carga de 30–50% até 30–100%
Descrição do perfil de carga: Os períodos de 100ms LIGADO e 900ms DESLIGADO visam replicar uma condição para testar o barramento CC do sistema quando ele atinge o estado estacionário antes da próxima variação da carga de saída. Neste caso, um período DESLIGADO mais longo de 900ms foi considerado suficiente para testar como o ciclo de operação de longo prazo afetaria o controle de entrada e saída do UPS em relação à operação normal.
Duração do teste: 4 horas
Perfil de carga: 100ms LIGADO, 900ms DESLIGADO (1 Hz)
Cenário 3, visão geral do gráfico de perfil de carga.
Cenário 3, Formas de onda de entrada/saída/barramento CC/baterias
Resultados e conclusão: Sistemas UPS testados em campo para atender às demandas de IA
Os testes confirmaram que os sistemas UPS de grande potência da Vertiv (Vertiv EXL S1, Vertiv Trinergy e Vertiv PowerUPS 9000) são capazes de lidar com variações de carga de IA altamente dinâmicas, de 0% a 100% de sua capacidade nominal, sem o uso da bateria, desde que a fonte de energia da concessionária permaneça dentro dos parâmetros nominais. Isso demonstra a robustez do projeto dos sistemas UPS e sua adequação para cargas de trabalho de IA caracterizadas por flutuações de carga rápidas e frequentes. Essa capacidade também foi comprovada em campo em diferentes data centers, como o da EdgeConneX, onde o Vertiv EXL S1 opera com cargas variáveis de IA.
Para o futuro, a Vertiv continua a trabalhar em recursos baseados em firmware com o objetivo de aprimorar ainda mais o desempenho do sistema e a proteção da bateria em condições mais exigentes, como transientes de sobrecarga e perfis de carga de IA complexos que excedem temporariamente 100% da carga nominal. Essas melhorias foram projetadas para reduzir o estresse da bateria e prolongar sua vida útil em uma ampla gama de perfis de carga.
