Strøm- og kølebudget for et robot- + AI-beregningslaboratorium

Beregningsdelen af ​​et robotlaboratorium er den del, der bliver fotograferet til hjemmesiden. Stikkontakten er den del, der afgør, om noget af det rent faktisk fungerer. De fleste laboratorier, vi har set, som "voksede ind i AI", undervurderer deres vedvarende elektriske belastning med omtrent en faktor to, finder ud af det i den første måned, når en afbryder udløses under en træningsperiode, og bruger derefter det næste kvartal på at omkoble et rum, de troede var færdigt.

Denne artikel er budgetversionen af ​​den samtale, inden du underskriver lejekontrakten eller bestiller serveren. Den dækker den fulde lastliste - server, robotter, arbejdsstationer, netværk, belysning - køleregningerne, der afgør, om rummet kan holde til det, den elektriske installation, du rent faktisk har brug for, og en tjekliste, du skal give til elektrikeren, inden de sætter en boremaskine i væggen.

Målgruppe: Laboratorieledere, integratorer og indkøbere i Europa, der placerer en eller to AI-servere og et par humanoide eller firbenede robotter i et enkelt rum. Vi antager EU's 230 V / 400 V elektriske virkelighed overalt. Nordamerikanske læsere kan dividere med to på de fleste spændinger og nå frem til nogenlunde de samme konklusioner.

Den fulde lasteliste

Et robotteknologi- og kunstig intelligens-laboratorium har flere enheder, der bruger kontinuerlig strøm, end nye bygherrer tæller. Beregningsevnen er overskriften; resten er hoveddelen af ​​regningen.

Et par ting, der er værd at nævne, før vi går i gang med et eksempel:

• G1-opladerens specifikationer (54 V, 5 A ≈ 270 W) er meget mindre, end folk gætter på. Større humanoide platforme i 70-130 kg-klassen kan trække 1 kW eller mere fra en hurtiglader; tommelfingerreglen "humanoid opladning = 1 kW" er konservativ, men ikke vanvittig. Tjek de faktiske opladespecifikationer for din enhed.
• Arbejdsstationer er ikke "gratis". En udvikler med en 5090 på sin computer, der udfører lokal inferens og debug, kan klare 500 W. Fire udviklere er 2 kW kontinuerligt, hvilket kan sammenlignes med en server med 4 GPU'er.
• Belysning og diverse hænger sammen. Et 30 m² laboratorium med ordentlig arbejdsbelysning, tre printere og en loddebænk bruger nemt 1 kW, før der dukker AI-hardware op.

Udarbejdet eksempel: én server, to humanoider, fire skriveborde

En realistisk opbygning: 1× Kentino AI 256/8x server, 2× humanoide robotter på ladestationer, 4× udviklerarbejdsstationer med skærme, netværksudstyr, belysning og en lille værkstedsbænk.

1× Kentino AI 8-GPU server            ~ 4.5 kW
2× humanoid chargers (~1 kW ea) ~ 2.0 kW   (assume larger platforms, conservative)
4× workstations (500 W ea)      ~ 2.0 kW
8× monitors (50 W ea)           ~ 0.4 kW
Network gear + APs              ~ 0.2 kW
Lighting + misc                 ~ 0.6 kW
                                --------
IT + lab load                   ~ 9.7 kW sustained

Rundt til ~10 kW, der opretholdes til planlægning. Dette tal styrer alle andre beslutninger i denne artikel. Bemærk også: Dette tal på 10 kW antager, at begge humanoider oplader samtidigt, hvilket de vil gøre, hvis teamet er dårligt til at planlægge – hvilket de vil gøre. Planlæg for det tilfælde, hvor alt trækker på én gang.

Til sammenligning: et mindre laboratorium med en enkelt 4-GPU-server, en humanoid, to skriveborde og resten nedskaleret lander på omkring 5-6 kW. Et større laboratorium med to 8-GPU-servere og en flåde på fire robotter når komfortabelt 18-20 kW. "10 kW-laboratoriet" er mediantilfældet, vi ser i 2026.

Enfaset vs. trefaset: når begge er nok

Her er det samme spørgsmål komprimeret til det, der er vigtigt for et laboratorium: hvilket kredsløb holder belastningen?

10 kW-laboratoriet ligger lige over den kontinuerlige trefasede grænse på 400 V 16 A, hvilket betyder, at en trefaset forsyning på 16 A er teoretisk mulig, men ikke efterlader plads til den anden server eller en tredje humanoid. Det rigtige svar til et 10 kW-laboratorium i 2026 er en 400 V 32 A trefaset forsyning på et IEC 60309 (CEE) rødt 5-bens stik , internt opdelt til enfasede 16 A forgreningskredsløb ved belastningspanelet.

Valget af 32 A trefaset handler ikke kun om dagens belastning. Det er den billigste forsikring mod overraskelsen "vi har tilføjet en server". De marginale installationsomkostninger mellem 16 A og 32 A trefaset er små - afbryderen, stikket og et lidt kraftigere kabeltræk. Omkostningerne ved at lave det om tolv måneder senere er flere gange højere, fordi du trækker nyt kabel gennem færdige vægge.

"Jeg sætter den bare i"-fælden

Næsten alle førstegangsprøver i laboratoriet tror, ​​at den eksisterende ledningsføring i lokalet kan bruges. Det gør det næsten aldrig.

Et typisk europæisk kontorlokale har en eller to 16 A enfasede kredsløb, der forsyner alle stikkontakter, ofte delt med belysningen på den samme panelforsyning. Tilslut en 4-GPU-server (2.4 kW), en humanoid oplader (1 kW), to arbejdsstationer (1 kW), skærme og lys (300 W), og du er på 4.7 kW på et teoretisk 3.7 kW / 2.95 kW kontinuerligt kredsløb. Afbryderen udløses ved den første vedvarende træningskørsel. Nogle gange udløses den klokken 02:30 om tirsdagen, når der ikke er nogen i bygningen, og du ankommer onsdag og opdager, at serveren er blevet hard-genstartet tre gange natten over.

Dette kan forebygges med femten minutters omtanke. Tæl belastningen, se på afbryderen, og afgør, om du skal ringe til en elektriker, før du bestiller serveren. Elektrikerbesøget på stedet koster i de lave hundredvis af euro; omarbejdet koster i de lave tusindvis plus en måneds projektforsinkelse.

En særlig ubehagelig variant: kredsløbet holder ved gennemsnitlig belastning, men udløses ved forbigående toppe. En 8-GPU 5090-server (4.5 kW vedvarende) kan stige til 6 kW i ti millisekunder under en overgang til træningstrin. En B-kurve 32 A enfaset afbryder (7.4 kW kontinuerlig) absorberer denne fine. En C-kurve 16 A afbryder på den forkerte side af et stærkt belastet kredsløb gør ikke. Du vil se dette som "serveren genstarter tilfældigt, når vi starter en træningskørsel", diagnosticeret til sidst af en elektriker med en tangmeter.

HVAC: hver kW ind bliver til en kW ud

Den første fysikregel i et computerlaboratorium: al den elektriske strøm, du tilfører rummet, ender som varme i rummet. En 4 kW-server er en 4 kW-rumvarmer med ekstra trin. HVAC-systemet skal fjerne den varme i samme hastighed, ellers stiger rumtemperaturen, indtil enten udstyret bremser, personerne forlader rummet eller begge dele.

1 kW of heat  =  3,412 BTU/h
1 ton of cooling  =  3.517 kW  =  12,000 BTU/h

For 10 kW-laboratoriet skal du kontinuerligt fjerne 10 kW varme. Det er ~34,000 BTU/t eller omkring 2.85 tons køling. Men udstyr er klassificeret til nominel effekt under specifikke forhold, og et rum med dårlig luftstrøm, sol på sydvæggen og personer indenfor mister kølekapacitet. Standardreglen for loftshøjde:

HVAC capacity  =  1.3 to 1.5 × IT + lab load

For 10 kW IT skal du installere 13-15 kW kølekapacitet. Rund af til et 15 kW system. Dette lyder som overkill indtil den første julieftermiddag med 35 °C, hvor bygningens omgivende temperatur stiger, og dit nominelle klimaanlæg leverer 80 % af sin pladespecifikation.

ASHRAE TC 9.9 fastsætter den termiske skal, som ethvert datacenterdesign følger. Det nuværende anbefalede interval er 18-27 °C tørtemperatur ved serverindgangen, med en luftfugtighed på 8 °C dugpunkt til 60 % RF, ≤ 80 % RF-loft. Den nyere H1-klasse for højdensitets AI/HPC strammer dette til 18-22 °C . For et lille laboratorium med prosumer-grade GPU'er (5090, 4090) er det bredere vindue på 18-27 °C fint; sigt efter 22 °C som designpunkt, og accepter, at sommereftermiddage kan falde til 25 °C.

Fugtighed er lige så vigtig som temperaturen, og det af to grunde. Under 30 % RF stiger risikoen for elektrostatisk udladning – dårlige nyheder for mennesker, der håndterer robotelektronik, og dårlige nyheder for følsomme sensorer. Over 80 % RF stiger risikoen for kondens på kolde overflader, og korrosion accelererer over længere tid. Sigt efter 40-60 % RF året rundt. De fleste split-AC-enheder styrer ikke aktivt fugtigheden; for et laboratorium i et fugtigt kystklima er det værd at bruge en dedikeret affugter eller en CRAC-klasse enhed, der gør det.

Kølemuligheder: bærbar vs. split vs. CRAC

Den ærlige anbefaling baseret på laboratoriestørrelse:

• Under 5 kW IT-belastning: Et godt bærbart klimaanlæg med dobbeltslange fungerer i en snæver vending, men et enkelt vægmonteret split-klimaanlæg er renere, mere støjsvagt og koster omtrent det samme, når man tager højde for den bærbare klimaanlægs dårligere effektivitet over et par år.
• 5–15 kW IT-belastning: Vægmonteret eller kassettesplit-AC, dimensioneret til 1.3-1.5 gange IT-belastningen. Dette er det optimale valg for et laboratorium med et enkelt rum. Et 15 kW split-system er en enkelt udendørs kompressorenhed og et eller to indendørs topstykker.
• 15–40 kW IT-belastning: multi-split-system eller flyt til et lille CRAC. I denne skala begynder man at have behov for fugtighedskontrol, og man er virkelig nødt til at tænke på redundans (fejl på én kompressor = ingen køling = termisk nedlukning på 20 minutter under belastning).
• Over 40 kW IT-belastning: dedikeret CRAC-enhed eller kølevandssløjfe; du kører et lille serverrum, ikke et laboratorium. Dette er uden for denne artikels rammer.

Bærbare klimaanlæg fortjener en særlig advarsel. Bærbare enheder med én slange tager kølig luft indefra rummet, blæser varme ud gennem slangen og trækker erstatningsluft fra resten af ​​bygningen (eller udendørs, gennem en hvilken som helst lækagevej). Det betyder, at de er netto ineffektive - for hver 1 kW køling, der leveres, lækker de ~0.3-0.5 kW varm luft tilbage. De er også støjende nok til at gøre et arbejdsområde ubehageligt. Brug dem som en nødløsning, ikke en plan.

Luftgennemstrømning: Disciplin fra front til bag rack er vigtig

HVAC-systemet leverer kølig luft til rummet; racket omdanner den til nyttigt arbejde. Det mekaniske spørgsmål er, om den kølige luft rent faktisk når GPU-indtaget, før den blandes med varm udstødningsluft.

Standardkonventionen er front-to-back rack-luftstrøm : kold luft kommer ind i racket foran, passerer gennem serverne og ud bagtil. Kentino AI-servere følger denne konvention med 3× 120 mm frontindtag og 1× 120 mm bagudstødning pr. chassis, dimensioneret til vedvarende belastning døgnet rundt med industrielle ventilatorer. Dette er den samme konvention, som alle serverhaller bruger, af samme grund: den giver dig mulighed for at adskille kold tilførsel fra varm retur.

I et seriøst datacenter er koldforsyning og varm retur fysisk adskilt af en gangindkapsling — paneler, gardiner eller komplette indkapslinger omkring rackrækkerne. I et lille laboratorium med et eller to racks op ad en væg kan man typisk ikke bygge en komplet varmgangindkapsling, men man kan gøre den simple version:

• Serverfronterne vender mod den kolde luftkilde (den delte AC-stikkontakt eller døråbningen fra et køligere rum).
• Serverens bagside vender mod hot-return-stien (en væg, ideelt set med klimaanlæggets returløb højt på samme væg).
• Intet udstyr med indtag på siden eller toppen blandet i stativet. (Dette udelukker kontorborde stablet oven på stativet, hvilket vi har set mere end én gang.)

Uden separation blandes den kolde forsyning med den varme udstødningsgas, før den når racket. Den effektive kølekapacitet falder med 15-25 %, og GPU'erne køles langsomt ned i varmen i løbet af eftermiddagen. Undersøgelser af datacentres indeslutning viser en reduktion på 20-25 % i ventilatorenergi og 20 % i køleren, når der tilføjes korrekt indeslutning. Laboratorieversionen af ​​det samme princip: Lad ikke luften blandes, hvor den ikke behøver.

Overvejelser om batteri og opladning

En robots opladning er ikke en konstant belastning. Opladeren trækker næsten nominel strøm i de første 70-80% af opladningscyklussen, hvorefter den aftager. En humanoid, der kommer tilbage fra en træningssession med 20% batteri og tilsluttes, trækker fuld opladningsstrøm i en time eller to, og lader derefter strøm i yderligere en time.

To implikationer:

1. Opladertrækning konkurrerer med serveren. Hvis dit kredsløb kun forsyner serveren, men er dimensioneret til præcis 80% af afbryderen, vil det være en stor udfordring at tilslutte en robot ved fuld effekt. Ovenstående 10 kW laboratorieberegning antog, at begge robotter opladede samtidigt; hvis din virkelighed er "oplad én robot under træning", kan du spare en kW fra budgettet. Hvis din virkelighed er "oplad begge robotter ved slutningen af ​​hver arbejdsdag, mens et langt træningsjob kører natten over", kan du ikke.
2. Forskudt eller overdimensioneret. Det klare svar er at overdimensionere kredsløbet. Det billige svar er at forskyde opladningen via en omskiftelig PDU-udgangsplan — robot A oplader 18:00-22:00, robot B oplader 22:00-02:00, træningsjobbet har hele kredsløbet imellem. Svaret på PDU-planlægning er skrøbeligt, fordi mennesker glemmer at tilslutte robotter; det overdimensionerede svar er det, vi anbefaler.

Et mere subtilt punkt: robotter har deres egne batterier, så et udfald på et par minutter er ikke et robotproblem. Du behøver næsten aldrig at bruge en UPS-backup til robotopladere – robotten forbliver i drift på sit eget batteri, og opladningen genoptages bare, når strømmen vender tilbage. UPS-budgettet er til serveren, ikke flåden.

UPS størrelse

Serveren er den del, du ikke har råd til at miste på grund af et strømsvigt eller et kortvarigt strømafbrydelse. En problemfri nedlukning efter et vedvarende træningsjob tager et par minutter. En blafrende netforsyning (falder til 0 V i 200 ms, kommer tilbage, falder igen 30 sekunder senere) tager mere.

Angiv altid online dobbeltkonverteringstopologi til AI-beregning. Linjeinteraktive UPS-enheder har en overførselstid på 4-10 ms, når der skiftes til batteri – fint til kontorarbejdsstationer, lejlighedsvis katastrofalt for en inferensserver midt i en CUDA-kerne. De 4 ms er ikke nok til at crashe al hardware, men det er nok til, at vi har set træningsjob hænge og kræve en hård genstart. Dobbeltkonvertering har nul overførselstid, fordi belastningen altid er på inverteren; batteriet bliver blot DC-kilden.

En almindelig fejl: at underdimensionere UPS'en til den transiente spidsbelastning. En 3 kVA UPS foran en 2.5 kW vedvarende server med 3 kW transiente spidsbelastninger vil slå fra til bypass præcis når du har mest brug for den. Dimensioner UPS'en til den transiente grænseflade, ikke det vedvarende gennemsnit. Dette er den samme logik som PSU-dimensionering fra W04.

Robotterne behøver, som nævnt, ikke en UPS. Gem kVA-budgettet til beregning.

Beton elektrisk installation til 10 kW laboratoriet

Hvad vi anbefaler, end-to-end, til et 10 kW robot- + AI-laboratorium med en frisk installation:

Trefaset 32 ​​A laboratorieunderpanel opdelt i seks balancerede 16 A enfasede forgreningskredsløb — server-strømforsyninger på separate faser, HVAC-isoleret, robotopladere på deres egen afbryder.

Bemærkninger til dette layout:

• Trefaset 32 ​​A ved laboratorieunderpanelet er forældreforsyningen. Derfra går enfasede 16 A-kredsløb fra hvert ben, nogenlunde balancerede.
• Dedikerede serverkredsløb, et pr. strømforsyning. Serveren med dobbelt strømforsyning har sine to ledninger på to forskellige faser — samme logik som den delte leveringskabling på en trefaset PDU.
• Humanoid-opladerkredsløbet er adskilt fra serveren. At en robot tilsluttes en stikkontakt forstyrrer ikke serverens elektriske miljø.
• HVAC på sit eget kredsløb. AC-kompressorens indkoblingsstrøm er betydelig; deling med serverkredsløbet beder om generende udkoblinger.
• Type B fejlstrømsafbryder. Switch-mode strømforsyninger med PFC har små DC-lækagekomponenter, der kan narre type AC-fejlstrømsafbrydere. Type B er det rigtige svar; type A er acceptabel på mindre kredsløb.

Dette er et endagsjob for en autoriseret elektriker i en bygning, der allerede har trefaset ledning til hovedtavlen. I en bygning med kun enfaset strømforsyning kan forsyningsselskabet være nødt til at opgradere forsyningen, hvilket forlænger tiden. Kontroller tavlen inden lejekontrakten.

Den ærlige holdning

De fleste laboratorier undervurderer deres strøm- og kølebehov med omtrent det dobbelte. Mønsteret er ensartet: nogen designer rummet omkring den server, de køber i dag, glemmer den anden server, de skal bruge om et år, underdimensionerer kølen, fordi sælgeren oplyste om typeskiltets kW, og springer UPS'en over, fordi "vi har strøm fra forsyningsselskabet, det er fint".

Omkostningerne ved at gøre det rigtigt første gang – at trække en 32 A trefaset strømforsyning, installere en 15 kW split AC, placere en 8 kVA dobbeltkonverterende UPS foran serveren – lander i intervallet €8-15 for et 10 kW laboratorium. Omkostningerne ved at gøre det forkert er omtrent det samme beløb, plus en fjerdedel af projektforsinkelsen, plus det tab af troværdighed, det ville være at fortælle teamet, at "serveren ikke virker i dag". Vi har set den forkerte version oftere end den rigtige version.

Planlæg for 1.5 gange din nuværende belastning. Betragt den nuværende belastning som gulvet, ikke loftet. De marginale omkostninger ved at øge afbryderstørrelsen én gang ved installation er små. De marginale omkostninger ved at genudføre installationen er store.

Dette er en del af Kentino Wiki, en referenceserie om AI-beregning, robotteknologi og de systemer, der forbinder dem. Kommentarer og rettelser er velkomne på info@kentino.com.