BBU（電池備援單元）支援的人工智慧時代的電力基礎設施－資料中心的新挑戰與解決方案

生成式AI時代資料中心的電力需求與能源

生成式人工智慧 (AI) 技術的快速發展推動了大型語言模型 (LLM) 的出現和商業化，例如 ChatGPT (GPT-4) 和 Llama 2。這些 LLM 需要強大的運算能力來訓練海量資料集。此外，AI 代理（結合多種 AI 技術與自主決策設備的整合系統）正在積極開發中，這將在可預見的未來進一步增加處理負載。

在這種背景下，超大規模企業——谷歌、亞馬遜網絡服務 （AWS） 和 Meta 等領先的雲服務提供商——正在大力投資針對人工智能利用進行優化的高效能、節能資料中心。例如，NVIDIA DGX H200 超級電腦配備了用於 AI 工作負載的高效能圖形處理單元 （GPU），消耗高達 10.2 kW 的電力，大約是傳統伺服器的 5 至 40 倍，傳統伺服器通常使用 0.5 至 2 kW。

電力需求的增加導致資料中心的耗電量顯著增加。根據國際能源總署 （IEA） 發布的2024 年電力報告，2022 年資料中心消耗約 460 TWh 電力，預計到 2026 年這一數字將超過 1,000 TWh。這個數字幾乎相當於日本每年的總用電量。

在這種情況下，確保穩定且高度可靠的電源是資料中心營運的先決條件。特別是電池備用單元 （BBU） 在瞬時波動或中斷期間提供臨時電力，以保留活動資料並實現安全系統關閉，對於保護資訊型資產正迅速變得至關重要。

備用電源設備的類型和BBU的特點

市面上有各種針對不同應用和環境設計的備用電源解決方案。清楚了解它們的特性和差異，對於選擇合適的電源保護設備至關重要。

• ESS
  儲能係統 (ESS) 是指用於能源管理的大規模電力儲存系統。其主要用途包括平滑再生能源輸出的波動並實現尖峰需求轉移。儲能係統還有助於穩定電力系統頻率並調節輸出，從而支援高品質電力的傳輸——這對於基礎設施的穩定運行至關重要。
  
  ESS 可以儲存電力長達數小時到數天，這使其對於大規模電力管理和優化社區之間的供需平衡非常有價值。
  參考網站：使用鋰離子電池的儲能係統（ESS）
  
• UPS的
  不斷電系統 （UPS） 是指在電源中斷時提供持續時間從幾分鐘到幾小時不等的設備。它們允許連接的系統在突然停電或瞬時電壓下降時繼續穩定運作。如果長時間斷電，UPS 支援安全系統關閉，以防止關鍵系統中的設備故障或資料遺失。
  
  UPS 還可以防止電壓波動，從而有助於維持電能品質。在資料中心，它們充當橋接電源，直到主電源恢復，並被認為是提高整體系統可靠性的重要基礎設施。
  
• BBU
  電池備用單元 （BBU） 專門設計用於在瞬時電力波動或停電期間提供幾秒鐘到幾分鐘的短期備用電源。
  
  即使是短暫的斷電，也會立即擦除儲存在記憶體中的資料，從而對具有高速、高容量揮發性記憶體的系統（例如用於 AI 處理的高性能 GPU 伺服器）產生重大影響。BBU 對於將大量資料從易失性記憶體安全地傳輸到非揮發性記憶體或其他儲存系統至關重要。與 UPS 相比，BBU 更緊湊，可以按機架安裝，將它們分佈在多個機架上，並使其成為數據中心在密度越來越高時節省空間、低維護的選擇。
  
  下圖說明了 BBU、UPS 和 ESS 的功能和典型安裝。BBU 作為一種節省空間、快速響應的解決方案而受到特別關注。
  

BBU市場擴張及底層變化

隨著AI伺服器的普及，BBU市場正在快速擴張。基於GPU的高效能運算單元的採用顯著增加了功耗，推動了對能夠即時穩定供電的基礎設施的需求。

包括微軟和谷歌母公司 Alphabet 在內的領先超大規模企業尤其關注對人工智慧基礎設施的積極資本投資。根據路透社 2024 年 4 月報道，微軟的資本投資在 2024 年第一季增至 115 億美元，較上一季增加 3 億美元。 Alphabet 的資本投資達到 120 億美元，較去年同期成長 91%。分析師預測，對人工智慧基礎設施的投資將持續成長。

領先雲端供應商的這些積極投資正在推動對整體資料中心基礎設施的需求，包括高效能人工智慧伺服器的備用電源系統。每台 AI 伺服器消耗超過 10 kW 的電力，需要 BBU 來處理每年不斷增長的電流和電壓需求。

根據 Grand View Research 的《2024-2030 年資料中心 UPS 市場報告》，2024 年全球資料中心 UPS（包括 BBU）市場價值約為 40.40 億美元，預計到 2030 年將成長至約 6.411 億美元。

此外，從雲端到邊緣向分散式處理的持續轉變增加了邊緣資料中心對緊湊型 BBU 的需求，其中空間效率和靈活性是關鍵優先事項。現有的UPS也正在被BBU取代，特別是在新興國家，反映了全球備用電源解決方案的多樣化。

BBU 挑戰和不斷發展的安全措施

BBU 的激增帶來了安全挑戰。 BBU 系統中整合多個鋰離子電池單元，增加了發生嚴重事故的風險，包括電池膨脹、破裂和起火，尤其是在電池因過流、過充或反覆充放電循環而性能下降的情況下。

為了避免這些風險，二級保護機制至關重要；它們確保BBU能夠即時檢測到異常，並將電池與充放電電路物理隔離，以防止風險進一步升級。鑑於AI伺服器需要短時間的高功率，二級保護電路必須設計得高可靠性，具有高速截止、低內阻和防誤觸發等特性。

透過實施正確的二級保護解決方案，可以避免火災或設備損壞等災難性故障的風險。此外，將故障設備與系統隔離有助於維護整個設備網路的整體健康和可靠性。

SCP：建立新的BBU保護標準

Dexerials 的自控保護器 (SCP) - 用於次級保護的表面貼裝保險絲解決方案 - 可偵測過電流和過電壓等電氣異常現象，然後實際斷開受到影響的電路。在配備多顆鋰離子電池芯的系統中，例如 BBU，SCP 可確保快速可靠地切斷電源，以便移除或更換故障裝置，維持系統完整性。

每個SCP單元都能提供保護，其緊湊輕巧的設計使其成為高密度安裝的理想選擇。此外，我們的SCP單元不具備自重設功能，進而進一步提升安全性，避免因誤觸發或意外斷電而造成的二次風險。

這些特性使 Dexerial 的 SCP 成為 AI 伺服器 BBU 設計中的關鍵解決方案，具有高安全性、可靠性和設計靈活性。有關詳細的技術概述，請參閱“二級保護元件基礎知識：什麼是「SCP」？ ——鋰離子電池點火保護“

BBU 和 SCP 的潛力：電力基礎設施可靠性的基石

生成式AI的發展，為資料中心電力基礎設施開啟了演進的新階段。特別是，BBU 對於保護關鍵資料和系統免受瞬時斷電至關重要。

雖然 BBU 在電源保護方面發揮關鍵作用，但在維護和管理其完整性以確保其在緊急情況下可靠運作方面仍然存在挑戰。.應對這些挑戰需要快速識別和移除故障或不可靠的單元，這可以透過整合高度可靠的二次保護保險絲來實現。這些保險絲透過電路隔離和強制關閉高風險裝置來防止進一步升級，從而確保整體系統安全。

展望未來，Dexerials 致力於透過其表面貼裝熔斷器 (SCP) 提供安全性和可靠性，同時滿足 BBU 市場對更高電流的需求。透過這些努力，我們旨在為這個蓬勃發展的產業創造新的價值。