L’utilizzo dell’intelligenza artificiale ha ridisegnato caratteristiche e specifiche dell’infrastruttura digitale di base. I data center, da sempre spina dorsale silenziosa dell’economia digitale, si trovano oggi al centro dell’attenzione: non più semplici “contenitori” di server e apparecchiature IT, ma veri e propri nodi energetici chiamati a sostenere workload complessi, variabili e affamati di energia e risorse. Progettare e gestire la catena di alimentazione — ovvero l’intero percorso che l’energia compie dalla rete al chip — diventa una sfida ingegneristica, economica e ambientale di primaria importanza. Seguiamo l’analisi di trend, tecnologie e strategie che plasmano il futuro dell’alimentazione nei data center seguendo il percorso proposto da Vertiv.
I trend che cambiano le regole del gioco
La trasformazione della catena di alimentazione dei data center è guidata da tre elementi convergenti che ne stanno ridefinendo architettura e funzionamento.
Il primo riguarda la diffusione delle piattaforme di calcolo accelerato legate all’AI (1). I sistemi basati su GPU, impiegati nell’addestramento e nell’inferenza dei modelli di intelligenza artificiale, richiedono quantità di energia superiori rispetto ai carichi tradizionali. A questo si aggiunge una caratteristica peculiare: la domanda energetica dei workload AI è estremamente variabile, con picchi improvvisi che possono portare i sistemi di alimentazione a operare vicino ai limiti della capacità nominale per frazioni di secondo. Questa dinamica obbliga gli operatori a ripensare radicalmente la distribuzione e la gestione dell’energia.
Il secondo trend è la crescente pressione esercitata dai data center sulle reti elettriche regionali (2). Secondo dati Iea (International Energy Agency), in alcune aree geografiche i data center rappresentano già oltre il 10% del carico complessivo della rete. Secondo le proiezioni McKinsey, il fabbisogno energetico dei data center negli Stati Uniti potrebbe passare dai 147 TWh del 2023 a oltre 600 TWh entro il 2030, arrivando a rappresentare quasi il 12% della domanda elettrica nazionale. Quando la capacità della rete non riesce a tenere il passo con le richieste di espansione, gli operatori si trovano di fronte a ritardi nella connessione di nuove strutture e a vincoli significativi sulla crescita.
Il terzo fattore è la necessità di affrontare l’impatto ambientale (3) dell’aumento dei consumi. Con la domanda di energia in costante crescita, ridurre le perdite lungo la catena di alimentazione e contenere le emissioni Scope 1 e Scope 2 non è più un’opzione, ma un imperativo strategico per l’intero settore.
Anatomia della catena di alimentazione
La catena di alimentazione di un data center può essere suddivisa in tre stadi principali, ciascuno composto da sistemi multipli che devono operare in perfetta sinergia per garantire la continuità e l’efficienza dell’erogazione energetica.
Il primo stadio — conversione e distribuzione a livello di facility (1) — è il più complesso. L’energia proveniente dalla rete elettrica viene convertita a una tensione inferiore e suddivisa tra i principali sottosistemi della struttura. In questa fase intervengono i quadri elettrici principali (switchgear), che ricevono l’energia e la ripartiscono in circuiti più gestibili, proteggendo le apparecchiature a valle da guasti elettrici. Il sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) utilizza l’energia immagazzinata nelle batterie per alimentare il data center durante le brevi interruzioni della fornitura elettrica e per condizionare la corrente, eliminando picchi, cali e altre variazioni nella qualità dell’alimentazione che potrebbero danneggiare la microelettronica. Il trasferimento automatico (ATS) rileva quando l’alimentazione di rete viene meno e commuta il carico sulla fonte di backup, tipicamente un generatore diesel, anche se l’emergere dei sistemi BESS (Battery Energy Storage System) apre nuove possibilità per ridurre la dipendenza dai generatori.
Il secondo stadio riguarda la distribuzione dell’energia a livello di sala e di fila di rack (2). Tradizionalmente, le room PDU hanno rappresentato la soluzione più diffusa negli ambienti con pavimento sopraelevato, offrendo capacità elevata e monitoraggio dei circuiti. Tuttavia, con la diffusione di data center senza pavimento rialzato, i sistemi busway installati a soffitto stanno guadagnando terreno grazie alla maggiore efficienza nell’uso dello spazio. Le configurazioni aperte (open busway) sono particolarmente apprezzate perché consentono l’accesso continuo lungo tutta la lunghezza della busbar, permettendo un’installazione rapida e una ricollocazione flessibile dei rack.
Il terzo stadio è la distribuzione dell’energia a livello di rack (3), dove le rPDU (rack Power Distribution Unit) alimentano direttamente i dispositivi IT. Le rPDU moderne sono ben più di semplici “prese multiple”: offrono prese con codifica cromatica per fasi alternate che semplificano il bilanciamento del carico, uscite combinabili per connettori C13 e C19 e funzionalità di monitoraggio intelligente. La nuova generazione di questi dispositivi può supportare densità superiori a 100 kW per rack, con componenti modulari hot-swappable e supporto sia per input AC sia per DC ad alta tensione.
L’evoluzione dei sistemi UPS
Facile intuire come gli UPS acquisiscano un ruolo ancora più centrale. Già cuore pulsante del sistema di alimentazione del data center, garantiscono livelli elevati di disponibilità. Oggi, tuttavia, il ruolo sta evolvendo in modo significativo in risposta alle nuove esigenze.
Un primo cambiamento riguarda la scalabilità (1). Approcci innovativi come i design modulari e le configurazioni in parallelo consentono ai data center di adattarsi in modo flessibile alla crescita della domanda, aggiungendo capacità o ridondanza in modo incrementale senza interrompere le operazioni.
Un secondo aspetto cruciale è la riduzione dell’ingombro fisico dei moduli UPS (2), ottenuta senza sacrificare affidabilità o funzionalità. Con la densità energetica dei rack IT in costante aumento, liberare spazio nel sistema di alimentazione significa poter installare più apparecchiature IT, migliorando il ritorno sull’investimento. Alcuni vendor stanno inoltre integrando switchgear e UPS in un unico blocco, accelerando i tempi di deployment.
La trasformazione più profonda, tuttavia, riguarda i sistemi di controllo (3). Gli UPS di ultima generazione sono in grado di svolgere un ruolo attivo nella gestione della domanda dalla rete elettrica, bilanciando dinamicamente domanda e offerta di energia attraverso l’interazione con il grid. Questa capacità consente di utilizzare l’energia immagazzinata per ridurre il carico sulla rete durante i picchi o, in prospettiva, di reimmettere energia nella rete stessa, contribuendo alla stabilità e permettendo la crescita dell’infrastruttura anche in contesti di capacità limitata.
Data center, ri-progettare la catena di alimentazione
Un elemento chiave nella progettazione dei sistemi di alimentazione moderni è l’adeguamento dei livelli di tensione. I data center vengono sempre più spesso progettati o adeguati a supportare la distribuzione trifase a 240V, 415V o 480V, abbandonando il tradizionale standard a 208V. Distribuire l’energia a tensioni più elevate non solo consente di erogare maggiore potenza ai rack, ma migliora anche il bilanciamento del carico e riduce le perdite nel cablaggio. La progettazione della catena di alimentazione deve inoltre tenere conto di numerose altre variabili: dalla densità di potenza richiesta per rack alla durata del backup necessario, dalla ridondanza per garantire l’uptime alla disposizione fisica dei cavi e delle apparecchiature. Non esiste una soluzione valida per tutti: i grandi operatori hyperscale necessitano tipicamente di componenti personalizzati, mentre i provider di colocation e le strutture enterprise possono generalmente adottare sistemi standardizzati configurati in base alle proprie esigenze.
Come cambiano i sistemi di accumulo di energia
I cambiamenti più significativi nella catena di alimentazione dei data center riguardano la tecnologia di accumulo dell’energia. Per decenni, i sistemi UPS hanno fatto affidamento sulle batterie al piombo-acido regolate da valvola (VRLA – Valve Regulated Lead-Acid) per garantire l’alimentazione di backup a breve termine. Le batterie agli ioni di litio stanno però emergendo come alternativa sempre più convincente.
I vantaggi sono molteplici: una durata fino a quattro volte superiore rispetto alle batterie VRLA , con installazioni che raggiungono gli 8-10 anni, tempi di ricarica nettamente inferiori (fino al 90% in meno di due ore per i sistemi rack-based, contro le oltre quattro ore delle VRLA), maggiore tolleranza ai cicli di carica e scarica, peso e ingombro ridotti. Queste caratteristiche si traducono in una riduzione della frequenza delle sostituzioni, un abbassamento del costo totale di possesso e una maggiore flessibilità di installazione.
Ma il vero salto di paradigma è rappresentato dall’impiego delle batterie al litio nei sistemi BESS (Battery Energy Storage Systems), capaci di alimentare i sistemi del data center per periodi più lunghi rispetto alle batterie dell’UPS. Un sistema BESS funge da ponte tra la rete elettrica e la catena di alimentazione interna del data center: può accumulare energia dalla rete nelle ore di bassa domanda, rilasciarla durante i picchi, fornire alimentazione di backup durante le interruzioni e persino reimmettere energia nella rete quando necessario. Questa capacità assume un valore strategico nella prospettiva del “debottlenecking” della rete: in molte aree, l’infrastruttura elettrica raggiunge la piena capacità solo per 30-60 ore all’anno, e un sistema BESS può ridurre efficacemente il carico del data center durante questi periodi critici, sbloccando quantità significative di capacità di rete. Il BESS può inoltre immagazzinare energia prodotta da fonti rinnovabili come il solare, trasformando fonti di alimentazione intermittenti in energia continua per il data center.
Integrazione, controllo, servizi: serve un approccio olistico
Per quanto ogni stadio della catena di alimentazione presenti sfide e opportunità specifiche, è l’approccio olistico alla progettazione e alla gestione che fa la differenza. La disponibilità di sistemi prefabbricati e integrati — fino addirittura all’intero data center — possono ridurre i tempi di deployment fino al 50%, garantendo al contempo elevata efficienza, interoperabilità e scalabilità. I moduli di alimentazione completamente integrati, montati su skid, consentono di aggiungere capacità in modo rapido e standardizzato. Sul fronte del monitoraggio, i sistemi EPMS (Energy Power Management System) offrono visibilità in tempo reale sui consumi energetici, sulla qualità dell’alimentazione e sulle prestazioni delle apparecchiature, garantendo la continuità operativa grazie a funzionalità di risposta automatica ai guasti e reinstradamento dell’energia. Accanto alla tecnologia, è fondamentale sviluppare una solida strategia di servizio. Il deployment o l’aggiornamento dei componenti della catena di alimentazione richiede partner con competenze multi-tecnologia approfondite, una rete di assistenza globale e resiliente, soluzioni di servizio personalizzabili e capacità di diagnostica e gestione da remoto. Solo un approccio che integri hardware, software, controlli e servizi può garantire la flessibilità necessaria per adattarsi a requisiti energetici in continua evoluzione.
Per saperne di più scarica il whitepaper: Il sistema di alimentazione del data center. Gestione dell’energia dalla rete elettrica al chip
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