Jak budowane są modułowe centra danych? [WIZYTA W FABRYCE]

Czy jesteśmy świadkami cichej rewolucji w sposobie budowania fizycznych fundamentów dla obliczeń o wysokiej wydajności (HPC)?

Centra danych stanowią fizyczne serce współczesnej gospodarki cyfrowej, których w 2025 r. rynek budowy został wyceniony na 275 mld dol. Mówimy o obiektach infrastrukturalnych przeznaczonych do przechowywania, przetwarzania i dystrybucji danych, niezbędnych do funkcjonowania systemów IT, usług chmurowych oraz właśnie wykonywania zaawansowanych operacji obliczeniowych.

Wraz z dynamicznym rozwojem sztucznej inteligencji i  przetwarzania w chmurze, wzrosło zapotrzebowanie na skalowalną i odporną na awarie infrastrukturę. Odpowiedzią na te wyzwania coraz częściej stają się modułowe centra danych (MDC). Stanowią ewolucję klasycznego modelu, oferując zintegrowaną infrastrukturę zamkniętą w kompaktowych modułach, zamiast tradycyjnych budynków. 

Przewiduje się, że do 2031 roku rynek modułowych centrów danych będzie rósł ze średniorocznym wskaźnikiem wzrostu (CAGR) na poziomie 18,87%. Oznacza to, że według szacunków wartość sektora wzrośnie z 41,35 mld dol. w 2025 roku do 42,65 mld dol. w 2026. Jak prognozuje Mordor Intelligence, ostatecznie ma osiągnąć pułap 101,22 mld dol. w 2031 roku. Dane wskazują więc na silną ekspansję sektora w nadchodzących pięciu latach.

Przewaga modułowych centrów danych

Dyrektor generalny Contour Advanced Systems Eric Klassen w rozmowie z naszym portalem wskazał, że jednym z kluczowych czynników wzrostu jest skrócony czas realizacji inwestycji.

Budowa tradycyjnego centrum danych może trwać do dwóch lat ze względu na złożoność prac budowlanych i integracyjnych prowadzonych na miejscu. W przypadku MDC proces produkcji modułów odbywa się równolegle z przygotowaniem terenu, co pozwala skrócić całkowity czas wdrożenia nawet do około ośmiu miesięcy.

Gotowe moduły (wielkości standardowych kontenerów) dostarczane są na miejsce w praktycznie ukończonym stanie. Wymagają jedynie podłączenia do sieci teleinformatycznej, zasilania oraz systemu chłodzenia.

Kolejną cechą modułowych centrów danych jest ich skalowalność. Infrastruktura może być rozbudowywana o kolejne moduły w miarę wzrostu zapotrzebowania na moc obliczeniową. Taki model umożliwia stopniowe zwiększanie zasobów „zgodnie z potrzebami”, co ułatwia reagowanie na zmiany rynkowe lub rosnące wymagania projektów badawczych, bez konieczności realizowania dużej inwestycji jednorazowo.

Malte Matthies, kierownik rozwoju biznesowego modułowego centrum danych w HPE, podkreślił na naszych łamach, że rosnące obciążenia związane z systemami sztucznej inteligencji i HPC generują zapotrzebowanie na wysoką gęstość mocy obliczeniowej w coraz to bardziej ograniczonej przestrzeni.

Tradycyjne centra danych, oparte głównie na chłodzeniu powietrzem, często nie są projektowane z myślą o ekstremalnych wymaganiach współczesnych akceleratorów i procesorów graficznych pod względem zasilania i odprowadzania ciepła.

Modułowe centra danych są natomiast przystosowane do środowisk o wysokiej gęstości (od około 40 kW do 400 kW na szafę) oraz integrują zaawansowane technologie chłodzenia, w tym bezpośrednie chłodzenie cieczą (Direct Liquid Cooling - DLC). Umożliwia to budowę środowisk zdolnych do obsługi bardzo dużej liczby procesorów graficznych, co sprawia, że MDC są rozważane jako jedno z rozwiązań infrastrukturalnych dla fabryk AI.

Centrum produkcyjne: wewnątrz Contour Advanced Systems

Hewlett Packard Enterprise (HPE) oraz Contour Advanced Systems realizują wspólny program produkcji MDC, łącząc kompetencje w zakresie infrastruktury IT i prefabrykacji przemysłowej.

HPE odpowiada za warstwę obliczeniową, obejmującą serwery, systemy pamięci masowej i rozwiązania sieciowe, a także projektowanie architektury wspierającej wydajność i efektywność całego środowiska IT.

Contour Advanced Systems specjalizuje się w projektowaniu i produkcji modułowych centrów danych, odpowiadając za integrację komponentów, montaż mechaniczny i elektryczny, wdrażanie systemów chłodzenia, testy przedwysyłkowe oraz końcowy montaż modułów w miejscu instalacji.

Produkcja realizowana jest w modelu „one-stop shop”, w którym cały proces (od projektu mechanicznego, przez integrację systemów, po końcowe testy infrastruktury i oprogramowania) odbywa się w jednej lokalizacji: w zakładzie Contour Advanced Systems.

To właśnie w tę fabrykę o powierzchni 16 000 m² odwiedziliśmy. Mieliśmy okazję z bliska obserwować proces powstawania jednostek MDC.

Linia montażowa: budowa krok po kroku

Fundamentem MDC są kontenery o długości ok. 6 lub 12 mentrów, odpowiadające standardowi ISO. Dzięki temu, pojedyncze moduły można transportować drogą lądową, morską lub kolejową. Po dostarczeniu od zewnętrznego partnera stalowej konstrukcji, rozpoczyna się etap zabudowy technologicznej (szkieletu). W jego ramach instalowane są 19-calowe ramy rackowe, stanowiące podstawę dla serwerów, systemów pamięci masowej oraz pozostałej infrastruktury IT.

Jednym z kluczowych wyzwań w erze systemów sztucznej inteligencji jest efektywna dystrybucja bardzo dużych mocy elektrycznych. W odpowiedzi na te wymagania moduły wyposażone są w zaawansowane szynoprzewody (busbary) oraz dedykowane jednostki dystrybucji zasilania (PDU). Infrastrukturę uzupełniają zintegrowane systemy zasilania bezprzerwowego (UPS), których zadaniem jest utrzymanie ciągłości pracy w przypadku zakłóceń lub wahań napięcia w sieci energetycznej. Wysoki poziom integracji energetycznej sprawia, że pojedynczy moduł może obsługiwać moc obliczeniową, która w tradycyjnym modelu wymagałaby znacznie większej powierzchni.

Ostatnim etapem montażu jest instalacja infrastruktury sieciowej, stanowiącej „układ nerwowy” centrum danych. Obejmuje system połączeń światłowodowych i okablowania, które integrują wszystkie komponenty IT w spójne środowisko operacyjne. W przypadku łączenia wielu modułów w większe struktury inżynierowie mogą instalować nawet do 650 włókien światłowodowych w ramach jednej konfiguracji, zapewniając odpowiednią przepustowość i redundancję połączeń.

Projektowanie systemu chłodzenia: serca MDC

Walka o moc obliczeniową to w dużej mierze walka z ciepłem generowanym przez procesory i akceleratory. Dlatego też, jeżeli ramy rackowe i okablowanie stanowią „szkielet” i „układ nerwowy” MDC, to system chłodzenia jest jego układem krwionośnym, który reguluje temperaturę i dba o wydajność całego organizmu obliczeniowego.

Moduły MDC wykorzystują dwa główne systemy chłodzenia, dostosowane do przeznaczenia i gęstości mocy modułu.

Pierwszy opiera się na powietrzu jako nośniku ciepła, wykorzystując wymienniki ciepła (HEX) i obiegi zimnej wody o temperaturze od 12°C do 24°C. Rozwiązanie to ma minimalizować zużycie energii potrzebnej do chłodzenia, które w tradycyjnych centrach danych bywa istotnym kosztem operacyjnym.

Drugi system to już wspomniane chłodzenie cieczą (DLC), które pozwala na obsługę konfiguracji o bardzo wysokiej gęstości mocy. Dzięki integracji jednostek dystrybucji chłodzenia (CDU) i obiegu chłodzącej wody możliwe jest stworzenie modułu w pełni bezwentylatorowego. Brak ruchomych elementów eliminuje hałas i wibracje, a ciepło jest odprowadzane bezpośrednio z najbardziej obciążonych komponentów, co zwiększa efektywność i niezawodność systemu.

Wizyta w fabryce pozwala dostrzec jeszcze jeden istotny aspekt modułowych centrów danych: dzięki przemyślanej integracji MDC przestają być „energetyczną czarną dziurą”.

Moduły mogą być fabrycznie wyposażone w systemy odzysku ciepła, co pozwala przechwycić energię, która w tradycyjnych obiektach byłaby stratą i przygotować ją do ponownego wykorzystania. Odzyskane ciepło może być kierowane do lokalnych sieci ciepłowniczych lub wykorzystywane w procesach przemysłowych.

Jak dowiedziała się nasza redakcja, jedynym ograniczeniem szerokiego wdrożenia tych rozwiązań są przepisy regulacyjne oraz fakt, że przesyłanie energii cieplnej wiąże się z koniecznością zmiany charakteru działalności firmy na podmiot wytwarzający energię.

Testy i zapewnienie jakości

Kluczowym etapem produkcji modułowych centrów danych są Fabryczne Testy Odbiorcze (FAT). Zanim moduł zostanie załadowany na ciężarówkę, przechodzi szereg wewnętrznych i zewnętrznych prób, które symulują najbardziej ekstremalne warunki pracy, dzięki czemu klient otrzymuje produkt w pełni gotowy.

Systemy są certyfikowane do pracy z obciążeniem od 40 kW do 400 kW na pojedynczą szafę rack, co w pełnej konfiguracji kontenera pozwala osiągnąć moc całkowitą na poziomie 1,6 MW.

Sama fabryka Contour Advanced Systems posiada certyfikaty ISO 9001 i ISO 14001, kładące nacisk na jakość procesów oraz neutralność środowiskową produkcji. Zakład spełnia również wymagania normy AQAP 2110, co umożliwia mu realizację projektów dla sektora obronnego oraz tych najbardziej wymagających instytucji rządowych.

Dostawa, wdrożenie i uruchomienie

Gdy FAT dobiega końca, rozpoczyna się operacja logistyczna, która w pełni ujawnia przewagę modułowych centrów danych nad tradycyjnym budownictwem. Moduły opuszczają holenderską halę w formule „plug-and-play”, czyli po dotarciu na przygotowane miejsce wystarczy jedynie fizycznie osadzić kontener na podłożu i podłączyć kluczowe media: zasilanie elektryczne, sieć światłowodową oraz wodę chłodzącą.

Cały proces trwa kilka dni, podczas gdy klasyczne wdrożenie centrum danych zajmowałoby miesiące. Po wykonaniu finalnej certyfikacji centrum danych jest gotowe do pracy.

Wizyta w fabryce uświadamia, że pojedynczy kontener to jedynie początek większej wizji. Prawdziwa siła technologii MDC tkwi w niemal nieograniczonej skalowalności. Pojedyncze jednostki, takie jak obserwowane modele DC16DLC, mogą być łączone w większe klastry, tworząc suwerenne fabryki AI o ogromnej mocy obliczeniowej.

W dobie wyścigu zbrojeń w dziedzinie sztucznej inteligencji zdolność błyskawicznego powiększania infrastruktury cyfrowej bez konieczności stawiania nowych fundamentów staje się atutem.