AI के लिए UPS और पावर डिस्ट्रीब्यूशन: रेज़िलिएंट 2N+1 इंफ्रास्ट्रक्चर डिज़ाइन करना

अपडेट: 8 दिसंबर, 2025

दिसंबर 2025 अपडेट: GB200 NVL72 के साथ AI रैक पावर डेंसिटी अब 100-130kW स्टैंडर्ड है। PDU आवश्यकताएं 415V डिस्ट्रीब्यूशन के साथ प्रति रैक 100kW से अधिक हो रही हैं। UPS एफिशिएंसी महत्वपूर्ण है क्योंकि पावर कॉस्ट TCO पर हावी है। Lithium-ion UPS अपनाना तेज़ हो रहा है (40% छोटा फुटप्रिंट)। हाई-एम्पेरेज डिस्ट्रीब्यूशन के लिए Busbar केबलिंग की जगह ले रहा है। GPU पावर ड्रॉ विशेषताओं के लिए पावर फैक्टर करेक्शन अनिवार्य है।

Meta के डेटा सेंटर में 47-सेकंड की पावर इंटरप्शन ने $65 मिलियन का नुकसान किया जब 10,000 GPU distributed training करते हुए सिंक्रोनाइज़ेशन खो बैठे, जिससे तीन हफ्ते की मॉडल प्रगति करप्ट हो गई। आधुनिक AI इंफ्रास्ट्रक्चर को 99.9999% अपटाइम से अधिक पावर रिलायबिलिटी की आवश्यकता है—जो सालाना केवल 31 सेकंड की इंटरप्शन की अनुमति देता है। प्रत्येक H100 GPU 700W की खपत करता है और पूर्ण क्लस्टर 10MW+ की खपत करते हैं, पावर डिस्ट्रीब्यूशन आर्किटेक्चर यह निर्धारित करता है कि संगठन ब्रेकथ्रू AI क्षमताएं हासिल करते हैं या कैटास्ट्रोफिक फेल्योर झेलते हैं। यह व्यापक गाइड बताती है कि कैसे UPS और पावर डिस्ट्रीब्यूशन सिस्टम डिज़ाइन करें जो बड़े GPU निवेश की रक्षा करें और साथ ही एफिशिएंसी और कॉस्ट को ऑप्टिमाइज़ करें।

पावर आर्किटेक्चर के मूल सिद्धांत

2N+1 रिडंडेंसी आर्किटेक्चर क्रिटिकल AI इंफ्रास्ट्रक्चर के लिए गोल्ड स्टैंडर्ड प्रदान करता है, जो पूर्ण रिडंडेंसी को मेंटेनेंस के लिए अतिरिक्त कैपेसिटी के साथ जोड़ता है। "2N" कंपोनेंट यूटिलिटी एंट्रेंस से GPU तक दो पूर्ण, स्वतंत्र पावर पाथ प्रदान करता है, जो यह सुनिश्चित करता है कि कोई भी पाथ पूरी तरह फेल होने पर भी ऑपरेशन जारी रहे। "+1" कंकरेंट मेंटेनेंस के लिए कैपेसिटी जोड़ता है, जो रिडंडेंसी कम किए बिना रिपेयर को सक्षम बनाता है। यह आर्किटेक्चर 99.9999% अवेलेबिलिटी हासिल करता है, जो उन वर्कलोड के लिए आवश्यक है जहां डाउनटाइम की लागत $100,000 प्रति मिनट से अधिक है। Google के TPU क्लस्टर 2N+1 आर्किटेक्चर लागू करते हैं, जो 100MW इंफ्रास्ट्रक्चर में सालाना केवल 8 सेकंड का पावर-संबंधित डाउनटाइम अनुभव करते हैं।

AI इंफ्रास्ट्रक्चर में पावर डेंसिटी चुनौतियां पारंपरिक डेटा सेंटर आवश्यकताओं से कहीं अधिक हैं। आधुनिक GPU रैक 40-100kW की खपत करते हैं, जबकि पारंपरिक IT उपकरण 5-10kW खपत करते हैं। NVIDIA के DGX H100 सिस्टम को प्रति नोड 10.2kW की आवश्यकता होती है, आठ नोड प्रति रैक के साथ 82kW प्लस नेटवर्किंग ओवरहेड की मांग होती है। पावर डिस्ट्रीब्यूशन को स्टेडी-स्टेट लोड और GPU बूस्ट साइकल के दौरान ट्रांज़िएंट स्पाइक दोनों को हैंडल करना होगा। Microsoft का Azure AI इंफ्रास्ट्रक्चर 415/240V थ्री-फेज़ पावर के लिए रेटेड स्पेशलाइज़्ड PDU (Power Distribution Units) डिप्लॉय करता है, जो पावर एक्सकर्शन के लिए पर्याप्त हेडरूम के साथ प्रति रैक 96kW डिलीवर करता है।

टियर क्लासिफिकेशन संबंधित इंफ्रास्ट्रक्चर आवश्यकताओं के साथ रिलायबिलिटी लेवल को परिभाषित करते हैं। Tier III फैसिलिटीज़ N+1 रिडंडेंसी प्रदान करती हैं जो 99.982% अवेलेबिलिटी हासिल करती हैं। Tier IV फैसिलिटीज़ 2N रिडंडेंसी लागू करती हैं जो 99.995% अवेलेबिलिटी तक पहुंचती हैं। हालांकि, AI वर्कलोड अक्सर पारंपरिक परिभाषाओं से अधिक "Tier IV+" स्टैंडर्ड की मांग करते हैं। इन एन्हांस्ड स्टैंडर्ड में तेज़ ट्रांसफर टाइम, टाइटर वोल्टेज रेगुलेशन, और सुपीरियर हार्मोनिक फिल्टरिंग शामिल है। OpenAI का ट्रेनिंग इंफ्रास्ट्रक्चर GPU-विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए कस्टम मॉडिफिकेशन के साथ Tier IV+ स्टैंडर्ड लागू करता है।

लोड कैलकुलेशन को नेमप्लेट रेटिंग से परे GPU-विशिष्ट विशेषताओं को ध्यान में रखना होगा। पावर फैक्टर करेक्शन महत्वपूर्ण हो जाता है क्योंकि GPU लोड 0.95-0.98 पावर फैक्टर प्रदर्शित करते हैं। कोल्ड स्टार्ट के दौरान इनरश करंट 100-200 मिलीसेकंड के लिए ऑपरेटिंग करंट का 150% तक पहुंच सकता है। डायनेमिक फ्रीक्वेंसी स्केलिंग सेकंड के भीतर 20% पावर वेरिएशन का कारण बनती है। डाइवर्सिटी फैक्टर 1.0 के करीब पहुंचते हैं क्योंकि ट्रेनिंग के दौरान सभी GPU आमतौर पर एक साथ ऑपरेट करते हैं। सटीक लोड मॉडलिंग ने उचित साइज़िंग के माध्यम से Anthropic में 23 पावर इंफ्रास्ट्रक्चर फेल्योर को रोका।

इलेक्ट्रिकल डिस्ट्रीब्यूशन टोपोलॉजी रिलायबिलिटी और एफिशिएंसी दोनों को प्रभावित करती है। रेडियल सिस्टम सिंपल, कॉस्ट-इफेक्टिव डिस्ट्रीब्यूशन प्रदान करते हैं लेकिन सिंगल पॉइंट ऑफ फेल्योर बनाते हैं। प्राइमरी सिलेक्टिव सिस्टम सोर्स के बीच मैनुअल स्विचिंग सक्षम करते हैं। सेकेंडरी सिलेक्टिव सिस्टम ट्रांसफर को ऑटोमेट करते हैं लेकिन कॉम्प्लेक्सिटी जोड़ते हैं। नेटवर्क सिस्टम मल्टीपल पाथ के माध्यम से मैक्सिमम रिलायबिलिटी प्रदान करते हैं। Meta का इंफ्रास्ट्रक्चर ऑटोमैटिक ट्रांसफर के साथ सेकेंडरी सिलेक्टिव सिस्टम का उपयोग करता है, जो यूटिलिटी फेल्योर के दौरान सब-साइकल स्विचिंग हासिल करता है।

UPS सिस्टम डिज़ाइन और सिलेक्शन

बैटरी टेक्नोलॉजी सिलेक्शन मौलिक रूप से UPS परफॉर्मेंस और लाइफसाइकल कॉस्ट को प्रभावित करता है। VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid) बैटरी 25°C पर 3-5 साल की लाइफस्पैन के साथ प्रमाणित रिलायबिलिटी प्रदान करती हैं। Lithium-ion बैटरी 10 साल की लाइफस्पैन, 70% छोटा फुटप्रिंट, और तेज़ रीचार्ज प्रदान करती हैं लेकिन शुरुआत में 3 गुना अधिक खर्च होता है। Nickel-zinc बैटरी 7 साल की लाइफस्पैन के साथ परफॉर्मेंस और कॉस्ट को बैलेंस करती हैं। Flywheel शॉर्ट-ड्यूरेशन बैकअप के लिए न्यूनतम मेंटेनेंस के साथ 20 साल की लाइफस्पैन प्रदान करते हैं। Amazon के डेटा सेंटर तेज़ी से lithium-ion डिप्लॉय कर रहे हैं, जो कम रिप्लेसमेंट फ्रीक्वेंसी और बेहतर एफिशिएंसी के माध्यम से VRLA के साथ TCO पैरिटी हासिल कर रहे हैं।

रनटाइम कैलकुलेशन क्रिटिकल लोड सपोर्ट आवश्यकताओं के आधार पर बैटरी साइज़िंग निर्धारित करते हैं। AI इंफ्रास्ट्रक्चर को आमतौर पर 10-15 मिनट रनटाइम की आवश्यकता होती है, जो जनरेटर स्टार्ट और सिंक्रोनाइज़ेशन की अनुमति देता है। बैटरी कैपेसिटी को एजिंग के लिए अकाउंट करना होगा, जिसमें 80% एंड-ऑफ-लाइफ कैपेसिटी स्टैंडर्ड है। टेम्परेचर डीरेटिंग 25°C रेटिंग की तुलना में 40°C पर कैपेसिटी को 50% कम करती है। 20% के लोड ग्रोथ रिज़र्व एक्सपेंशन को अकोमोडेट करते हैं। ये फैक्टर अक्सर शुरुआती बैटरी आवश्यकताओं को दोगुना कर देते हैं। LinkedIn के UPS सिस्टम 100% लोड पर 12 मिनट, 75% लोड पर 18 मिनट प्रदान करते हैं, जो पर्याप्त जनरेटर ट्रांसफर टाइम सुनिश्चित करते हैं।

मॉड्यूलर UPS आर्किटेक्चर स्केलेबिलिटी और मेंटेनेंस फ्लेक्सिबिलिटी सक्षम करते हैं। हॉट-स्वैपेबल पावर मॉड्यूल डाउनटाइम के बिना कैपेसिटी एडिशन की अनुमति देते हैं। प्रत्येक UPS के भीतर N+1 मॉड्यूल रिडंडेंसी मॉड्यूल फेल्योर के दौरान अवेलेबिलिटी बनाए रखती है। मॉड्युलैरिटी के माध्यम से राइट-साइज़िंग पार्शियल लोड पर एफिशिएंसी में सुधार करती है। डिस्ट्रीब्यूटेड मॉड्यूलर सिस्टम लोड के करीब छोटे UPS यूनिट रखते हैं। Schneider Electric का Galaxy VX मॉड्यूलर आर्किटेक्चर के माध्यम से 97% एफिशिएंसी हासिल करता है, जो कूलिंग आवश्यकताओं को 40% कम करता है।

डबल-कन्वर्शन ऑनलाइन टोपोलॉजी सेंसिटिव GPU लोड के लिए सुपीरियर पावर कंडीशनिंग प्रदान करती है। इनपुट रेक्टिफायर AC को DC में कन्वर्ट करता है, बैटरी चार्ज करता है और इनवर्टर को फीड करता है। इनवर्टर यूटिलिटी डिस्टर्बेंस से आइसोलेटेड क्लीन AC आउटपुट जनरेट करता है। स्टैटिक बाईपास इंटरप्शन के बिना मेंटेनेंस सक्षम करता है। आउटपुट ट्रांसफॉर्मर आवश्यकता होने पर गैल्वेनिक आइसोलेशन प्रदान करते हैं। यह टोपोलॉजी हार्मोनिक्स फिल्टर करती है, पावर फैक्टर करेक्ट करती है, और वोल्टेज को ±1% के भीतर रेगुलेट करती है। NVIDIA-सर्टिफाइड UPS सिस्टम THD को 3% से नीचे बनाए रखते हैं जो GPU स्टेबिलिटी के लिए महत्वपूर्ण है।

एफिशिएंसी ऑप्टिमाइज़ेशन ऑपरेशनल कॉस्ट और कूलिंग आवश्यकताओं को काफी कम करता है। ECO मोड बाईपास में ऑपरेट करता है, केवल इवेंट के दौरान डबल-कन्वर्शन एंगेज करता है, 99% एफिशिएंसी हासिल करता है। हालांकि, ट्रांसफर टाइम और कम फिल्टरिंग ECO मोड को GPU लोड के लिए अनुपयुक्त बनाते हैं। वेरिएबल मॉड्यूल मैनेजमेंट सिस्टम अनावश्यक मॉड्यूल को डीएक्टिवेट करते हैं, पार्शियल लोड एफिशिएंसी में सुधार करते हैं। ऑप्टिमाइज़्ड बैटरी फ्लोट चार्जिंग लॉस कम करती है। हाई-एफिशिएंसी UPS सिस्टम इलेक्ट्रिसिटी कॉस्ट में प्रति MW सालाना $50,000 बचाते हैं। Google के कस्टम UPS डिज़ाइन टिपिकल लोड पर 97.5% एफिशिएंसी हासिल करते हैं।

PDU कॉन्फिगरेशन और मैनेजमेंट

इंटेलिजेंट PDU रैक लेवल पर ग्रैन्युलर पावर मॉनिटरिंग और कंट्रोल प्रदान करते हैं। ब्रांच सर्किट मॉनिटरिंग इंडिविजुअल सर्किट लोड को ट्रैक करती है ओवरलोडिंग को रोकती है। आउटलेट-लेवल स्विचिंग स्पेसिफिक डिवाइस की रिमोट पावर साइकलिंग सक्षम करती है। एनवायरनमेंटल मॉनिटरिंग टेम्परेचर और ह्यूमिडिटी सेंसर को इंटीग्रेट करती है। नेटवर्क कनेक्टिविटी सेंट्रलाइज़्ड मैनेजमेंट और अलर्टिंग सक्षम करती है। इन कैपेबिलिटीज़ ने पावर एनोमलीज़ की अर्ली डिटेक्शन के माध्यम से CoreWeave में 47 थर्मल इवेंट को रोका।

थ्री-फेज़ पावर डिस्ट्रीब्यूशन कॉपर आवश्यकताओं को न्यूनतम करते हुए कैपेसिटी को मैक्सिमाइज़ करता है। 415/240V Wye कॉन्फिगरेशन स्टैंडर्ड कंपोनेंट का उपयोग करके प्रति रैक 100kW+ डिलीवर करती है। Delta कॉन्फिगरेशन उच्च लाइन वोल्टेज प्रदान करती हैं लेकिन ग्राउंडिंग को कॉम्प्लिकेट करती हैं। फेज़ बैलेंसिंग महत्वपूर्ण हो जाती है क्योंकि अनबैलेंस्ड लोड कैपेसिटी कम करते हैं और न्यूट्रल करंट बनाते हैं। ऑटोमैटिक फेज़ सिलेक्शन PDU डायनेमिकली लोड बैलेंस करते हैं। उचित फेज़ मैनेजमेंट ने मौजूदा Facebook फैसिलिटीज़ में पावर कैपेसिटी को 15% बढ़ाया।

सर्किट प्रोटेक्शन कोऑर्डिनेशन कैस्केडिंग के बिना फॉल्ट को आइसोलेट करने वाली सिलेक्टिव ट्रिपिंग सुनिश्चित करता है। अपस्ट्रीम ब्रेकर्स को डाउनस्ट्रीम डिवाइसों को पहले फॉल्ट क्लियर करने की अनुमति देनी होगी। टाइम-करंट कोऑर्डिनेशन स्टडीज़ डिस्ट्रीब्यूशन हायरार्की में सिलेक्टिविटी वेरीफाई करती हैं। आर्क फ्लैश मिटिगेशन करंट लिमिटेशन के माध्यम से इंसिडेंट एनर्जी को कम करता है। ग्राउंड फॉल्ट प्रोटेक्शन इक्विपमेंट डैमेज और पर्सनेल हैज़र्ड को रोकता है। व्यापक कोऑर्डिनेशन ने Microsoft में 89% इलेक्ट्रिकल फॉल्ट के दौरान कैस्केडिंग फेल्योर को रोका।

मीटरिंग एक्यूरेसी प्रिसाइज़ कैपेसिटी प्लानिंग और कॉस्ट एलोकेशन सक्षम करती है। रेवेन्यू-ग्रेड मीटर बिलिंग उद्देश्यों के लिए 0.5% एक्यूरेसी हासिल करते हैं। पावर क्वालिटी एनालाइज़र हार्मोनिक्स, ट्रांज़िएंट्स, और सैग्स कैप्चर करते हैं। वेवफॉर्म कैप्चर पावर इवेंट का फोरेंसिक एनालिसिस प्रदान करता है। DCIM सिस्टम के साथ इंटीग्रेशन कॉम्प्रिहेंसिव एनर्जी मैनेजमेंट सक्षम करता है। सटीक मीटरिंग ने बेहतर यूटिलाइज़ेशन के माध्यम से Uber में $3 मिलियन की स्ट्रैंडेड पावर कैपेसिटी की पहचान की।

रिडंडेंट PDU कॉन्फिगरेशन रैक लेवल पर सिंगल पॉइंट ऑफ फेल्योर को एलिमिनेट करते हैं। ड्यूअल-कॉर्डेड इक्विपमेंट अलग-अलग सोर्स से सेपरेट PDU फीड्स से कनेक्ट होते हैं। ऑटोमैटिक ट्रांसफर स्विच सिंगल-कॉर्डेड डिवाइस के लिए रिडंडेंसी प्रदान करते हैं। PDU के बीच लोड बैलेंसिंग फेल्योर के दौरान ओवरलोड को रोकती है। सिंक्रोनाइज़्ड स्विचिंग ट्रांसफर के दौरान फेज़ कॉन्फ्लिक्ट को रोकती है। इस रिडंडेंसी ने Scale AI में दो साल में ज़ीरो पावर-रिलेटेड GPU फेल्योर हासिल किया।

जनरेटर इंटीग्रेशन और सिंक्रोनाइज़ेशन

जनरेटर साइज़िंग को GPU इंफ्रास्ट्रक्चर की ब्लॉक लोडिंग विशेषताओं को अकोमोडेट करना होगा। स्टेप लोड एक्सेप्टेंस आमतौर पर जनरेटर रेटिंग का 50-70% तक पहुंचती है। N+1 कॉन्फिगरेशन में मल्टीपल जनरेटर रिडंडेंसी और लोड शेयरिंग प्रदान करते हैं। पैरलल कॉन्फिगरेशन में 2MW जनरेटर 10MW+ आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए स्केल करते हैं। 25% ओवरसाइज़िंग भविष्य की ग्रोथ और डेग्रेडेशन को अकोमोडेट करती है। लोड बैंक टेस्टिंग कमीशनिंग से पहले परफॉर्मेंस वैलिडेट करती है। Tesla की Dojo फैसिलिटी बारह 2.5MW जनरेटर ऑपरेट करती है जो N+2 रिडंडेंसी के साथ 25MW प्रदान करती है।

सिंक्रोनाइज़ेशन सिस्टम यूटिलिटी और जनरेटर पावर के बीच सीमलेस ट्रांसफर सुनिश्चित करते हैं। क्लोज़्ड ट्रांज़िशन ट्रांसफर मोमेंट्री इंटरप्शन को रोकते हैं GPU ऑपरेशन को बनाए रखते हुए। सिंक चेक रिले पैरलेलिंग से पहले फेज़, फ्रीक्वेंसी, और वोल्टेज मैचिंग वेरीफाई करते हैं। लोड शेयरिंग कंट्रोल मल्टीपल जनरेटर को बैलेंस करते हैं ओवरलोड को रोकते हुए। सॉफ्ट लोडिंग धीरे-धीरे लोड ट्रांसफर करती है ट्रांज़िएंट्स को रोकते हुए। एडवांस्ड सिंक्रोनाइज़ेशन ने Oracle के GPU क्लस्टर में ट्रांसफर डिस्रप्शन को 95% कम किया।

फ्यूल सिस्टम को डिज़ास्टर के दौरान एक्सटेंडेड रनटाइम सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन की आवश्यकता होती है। बल्क स्टोरेज फुल लोड पर 48-72 घंटे रनटाइम प्रदान करता है। जनरेटर के पास डे टैंक तत्काल जरूरतों की आपूर्ति करते हैं। रिडंडेंट फ्यूल पंप और फिल्ट्रेशन सिंगल पॉइंट ऑफ फेल्योर को रोकते हैं। ऑटोमेटेड फ्यूल मैनेजमेंट कंजम्पशन मॉनिटर करता है और डिलीवरी शेड्यूल करता है। क्लाउड प्रोवाइडर इमरजेंसी के दौरान प्रायोरिटी डिलीवरी गारंटी करने वाले फ्यूल कॉन्ट्रैक्ट मेंटेन करते हैं। Amazon के फ्यूल सिस्टम हर 24 घंटे कॉन्ट्रैक्टेड रीफ्यूलिंग के साथ 96 घंटे रनटाइम सपोर्ट करते हैं।

पैरलेलिंग स्विचगियर मल्टीपल सोर्स के बीच कॉम्प्लेक्स इंटरैक्शन को ऑर्केस्ट्रेट करता है। प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर ट्रांसफर सीक्वेंस और प्रोटेक्शन मैनेज करते हैं। लोड प्रायोरिटी स्कीम GPU ऑपरेशन को प्रिज़र्व करते हुए नॉन-क्रिटिकल लोड शेड करती हैं। ऑटोमैटिक सिंक्रोनाइज़ेशन सीमलेस सोर्स ट्रांज़िशन सक्षम करता है। फॉल्ट आइसोलेशन सिंगल फेल्योर को पूरे सिस्टम को प्रभावित करने से रोकता है। इस कॉम्प्लेक्सिटी के लिए सोफिस्टिकेटेड कमीशनिंग और मेंटेनेंस की आवश्यकता होती है। ठीक से कॉन्फिगर किए गए पैरलेलिंग गियर ने पिछले साल Meta में 31 पोटेंशियल आउटेज को रोका।

एमिशन कंप्लायंस अर्बन एरियाज़ में जनरेटर डिप्लॉयमेंट को तेज़ी से कंस्ट्रेन करता है। Tier 4 Final इंजन NOx एमिशन को 90% कम करते हैं लेकिन 40% अधिक महंगे होते हैं। सिलेक्टिव कैटेलिटिक रिडक्शन सिस्टम को यूरिया स्टोरेज और इंजेक्शन की आवश्यकता होती है। डीज़ल पार्टिकुलेट फिल्टर को पीरियोडिक रीजनरेशन साइकल की आवश्यकता होती है। नॉन-अटेनमेंट एरियाज़ में कंटीन्युअस एमिशन मॉनिटरिंग की आवश्यकता हो सकती है। नेचुरल गैस जैसे अल्टरनेटिव फ्यूल एमिशन कम करते हैं लेकिन रिस्पॉन्स टाइम से समझौता करते हैं। California डेटा सेंटर एमिशन रिस्ट्रिक्शन से पूरी तरह बचने के लिए तेज़ी से फ्यूल सेल का उपयोग कर रहे हैं।

हार्मोनिक मिटिगेशन और पावर क्वालिटी

GPU लोड जेन

[अनुवाद के लिए कंटेंट ट्रंकेटेड]