Hyperscale vs. kolokacja: czy projekt konstrukcyjny naprawdę musi się różnić?

Sprawdzone przez: Yoan Guyon, Dyrektor Zarządzający w gbc engineers

Przez większą część ostatniej dekady kampusy hyperscale i obiekty kolokacyjne traktowano jako konstrukcyjne warianty tego samego problemu. Inna skala, inny model najmu, ale ta sama podstawowa logika konstrukcyjna. To założenie przestaje działać, a najbardziej narażeni są często ci operatorzy, którzy jeszcze nie rozpoczęli tej rozmowy.

Ten artykuł pokazuje, gdzie te ścieżki rzeczywiście zaczynają się rozchodzić i co oznacza to dla decyzji, przed którymi operatorzy stoją już dziś.

Dlaczego projektowanie konstrukcyjne hyperscale i kolokacji długo opierało się na tych samych zasadach

Przez większość lat 2010. projektant konstrukcji mógł stosować do obu typów obiektów dość podobny schemat. Obciążenia szaf rackowych mieściły się zwykle w zakresie od 5 do 15 kilowatów, chłodzenie opierało się na podobnych strategiach powietrznych, a wymagania dotyczące nośności stropów były na tyle zbliżone, że głównymi zmiennymi pozostawały lokalne przepisy i warunki terenowe.

Różnica była przede wszystkim komercyjna, a nie konstrukcyjna. Jeden obiekt projektowano pod rosnące obciążenia jednego właściciela. Drugi wynajmowano kolejnym najemcom potrzebującym powierzchni. Beton i stal pod spodem stanowiły w dużej mierze to samo wyzwanie. AI zmieniła to szybciej, niż większość cykli projektowania konstrukcyjnego była w stanie uwzględnić.

Co naprawdę zmienia wzrost gęstości

Średnie gęstości szaf rackowych rosną, choć większość działających obiektów nadal pracuje znacznie poniżej 8 kilowatów na rack. Wyzwanie konstrukcyjne wynika z rosnącej liczby stref AI i high-performance computing, w których założenia dotyczące gęstości wykraczają daleko poza to, co większość budynków miała przenosić. Szafy obsługujące obecne akceleratory AI są dziś rutynowo specyfikowane na poziomie 40 do 80 kilowatów, a kolejna generacja zmierza jeszcze wyżej.

Obiekty kolokacyjne obsługujące ogólne obciążenia IT również notują wzrost gęstości, ale wolniejszy i rozłożony na szerszą grupę najemców. Różnica między tym, czego konstrukcyjnie wymagają kampusy hyperscale i budynki kolokacyjne, powiększa się z każdym rokiem. System stropowy zaprojektowany pod standardowy sprzęt IT może nie udźwignąć hali AI z obciążeniem 100 kilowatów na rack.

Wymagania konstrukcyjne zaczęły się rozchodzić. Pytanie brzmi, czy operatorzy podejmujący dziś decyzje projektowe traktują to jako podstawowy czynnik projektowy, czy jako temat do rozwiązania później.

Czytaj więcej: Metoda budowy, która po cichu wygrywa erę AI

6 obszarów, w których wymagania konstrukcyjne naprawdę się różnią

Istnieje 6 czynników konstrukcyjnych, w których oba typy obiektów wyraźnie się rozchodzą. Każdy z nich jest praktycznym punktem decyzyjnym, w którym błędne założenia projektowe generują długotrwałe koszty.

1. Nośność stropu

Szafy AI są opisywane w kilowatach, ale płyta konstrukcyjna przenosi ciężar: sprzęt rackowy, płyn chłodzący, rurociągi i skupione obciążenia podporowe. W strefach o wysokiej gęstości obciążenia te mogą osiągać 20 do 30 kiloniutonów na metr kwadratowy lub więcej, czyli około 2 do 3 ton na metr kwadratowy.

Standardowy strop biurowy projektuje się zwykle na 2,5 do 5 kN/m², czyli poniżej 0,5 tony na metr kwadratowy. Najbardziej wymagające strefy AI są więc od 4 do 10 razy cięższe. Stropy w obiektach kolokacyjnych specyfikuje się zazwyczaj na 12 do 15 kN/m², czyli około 1,2 do 1,5 tony na metr kwadratowy, często z podłogą techniczną, która utrzymuje elastyczność układu przy zmianie najemców.

2. Rozstaw słupów i otwarta powierzchnia

Operatorzy hyperscale muszą układać dziesiątki tysięcy szaf rackowych w długich, nieprzerwanych rzędach. Oznacza to dążenie do rozpiętości bezsłupowych rzędu 20 do 30 metrów lub więcej. Operatorzy kolokacyjni, szczególnie w wielokondygnacyjnych obiektach miejskich, zwykle pracują z gęstszą siatką słupów, od 9 do 15 metrów. Nadal daje to wystarczającą elastyczność układu, a jednocześnie utrzymuje rozsądne wysokości konstrukcyjne w budynkach rosnących pionowo, a nie poziomo.

3. Wysokość pomieszczeń

Chłodzenie AI na dużą skalę wymaga przestrzeni w pionie. Hot aisle containment, przewody chłodzenia direct-to-chip i gęste trasy kablowe zajmują miejsce nad szafami. Hale hyperscale AI są dziś zazwyczaj projektowane z wysokością 5 do 6 metrów od podłogi do sufitu. Większość budynków kolokacyjnych działa przy 3,8 do 4,5 metra, co wystarcza większości najemców, ale może stać się ograniczeniem konstrukcyjnym dla najemcy wchodzącego z ciekłochłodzonym sprzętem AI.

4. Jak obiekt się rozbudowuje

Kampusy hyperscale są budowane etapami przez wiele lat, a kolejne hale dodaje się do planu nadrzędnego. Oznacza to uwzględnienie fundamentów i rezerw konstrukcyjnych pod przyszłe hale już w projekcie początkowym, na długo zanim te hale zaczną generować przychody. Rozwój kolokacji częściej przebiega w pionie i jest ograniczony granicami miejskich działek, co wymaga innego podejścia do etapowania.

5. Gdzie znajduje się instalacja chłodzenia

Lokalizacja instalacji chłodzenia jest decyzją zależną od konkretnego miejsca, a nie stałą regułą wynikającą z typu obiektu. Kampusy hyperscale często mają wystarczająco dużo terenu, aby ustawić wieże chłodnicze i dry coolery na poziomie terenu. Miejskie obiekty kolokacyjne częściej wykorzystują dachy, kondygnacje techniczne lub zwarte strefy zewnętrzne. Niezależnie od lokalizacji, wieże chłodnicze, jednostki dystrybucyjne i rurociągi dodają istotne obciążenia konstrukcyjne, które trzeba uwzględnić od początku. Późniejsza modernizacja jest kosztowna i uciążliwa.

6. Warunki lokalizacji i ograniczenia gruntowe

Kampusy hyperscale są często lokalizowane także ze względu na stabilność geotechniczną, niezawodne zasilanie i możliwy do opanowania klimat. To eliminuje wiele ryzyk konstrukcyjnych jeszcze przed rozpoczęciem projektowania. Obiekty kolokacyjne często powstają w gęstych rynkach miejskich, gdzie bliskość klientów ma pierwszeństwo przed idealnymi warunkami gruntowymi. W efekcie do założeń projektowych trafia szerszy zakres zmiennych geotechnicznych.

Poniższa tabela podsumowuje te sześć czynników. Jest to punkt odniesienia, a nie sztywna reguła. Rzeczywiste specyfikacje zależą od modelu operacyjnego, warunków lokalizacji i planowanego profilu najemców.

Uwaga: kN/m² (kiloniutony na metr kwadratowy) to standardowa jednostka pomiaru nośności stropu. Standardowy strop biurowy projektuje się zwykle na 2,5 do 5 kN/m².

Pytanie, z którym po cichu mierzą się operatorzy kolokacyjni

Tu pojawia się napięcie: kolokacja jest konstrukcyjnie definiowana przez elastyczność. Budynek kolokacyjny musi działać dla najemcy, który wchodzi w tym roku, oraz dla zupełnie innego najemcy, który pojawi się za 5 lat. Ta obietnica komercyjna jest centralną częścią produktu.

Obciążenia AI sprawdzają teraz, czy ta obietnica działa również konstrukcyjnie. Najemcy AI o najwyższej gęstości mają wymagania, które zaczynają przypominać hyperscale: duże obciążenia stropów, wysokość pod chłodzenie cieczą, rozpiętości bezsłupowe dla elastyczności układu. Wprowadzenie tego wszystkiego do budynku kolokacyjnego jest możliwe. Jest jednak kosztowne, a znaczna część tych kosztów pokrywa rezerwę konstrukcyjną, której większość najemców nigdy nie wykorzysta.

Operatorzy, którzy zbudowali obiekty w wyższej specyfikacji w oczekiwaniu na popyt ze strony AI, dziś albo mają uzasadnienie dla tej decyzji, albo dysponują kosztowną nadwyżką, zależnie od tego, jak rozwinął się ich rynek. Ci, którzy zbudowali obiekty według standardowej specyfikacji, mogą obsługiwać większość obecnych najemców bez zmian, ale mają coraz węższy zakres opcji wraz ze wzrostem obciążeń high-density.

Operatorzy multi-tenant mierzą się średnio z cyklami odświeżenia lub zmiany najemców co 5 do 8 lat. Każdy taki cykl może ujawnić niedopasowanie konstrukcyjne: wymagania nowego najemcy mogą znacząco różnić się od wymagań poprzedniego. Żadna ze strategii nie była błędna w momencie podjęcia decyzji. Obie są dziś pod presją.

Poniższa tabela pokazuje mocne strony konstrukcyjne i obszary ryzyka dla każdego typu obiektu oraz miejsca, w których błędne zastosowanie założeń generuje największe koszty.

Uwaga: To porównanie dotyczy nowych obiektów i dużych programów modernizacji. Rzeczywisty poziom ryzyka zależy od konkretnego obiektu, istniejącej nośności konstrukcji i planowanego modelu operacyjnego.

W jakim kierunku zmierza projektowanie konstrukcyjne centrów danych

Trzy trendy konstrukcyjne wskazują, że w ciągu najbliższych 5 do 10 lat różnica między tymi rynkami będzie się powiększać.

Gęstość AI będzie dalej rosnąć

Gęstości powyżej 100 kilowatów na rack są już uwzględniane w zakupach dla kolejnej generacji sprzętu AI. W okresie życia projektowego obiektów oddawanych dziś do użytku taki poziom może stać się powszechny w środowiskach AI, nawet jeśli pozostanie powyżej średniej rynkowej. Decyzje konstrukcyjne podejmowane teraz będą testowane przez obciążenia, które jeszcze nie istnieją. Operatorzy projektujący według obecnych norm gęstości bez rezerwy szybciej ograniczają swoje możliwości, niż pokazuje to cykl zakupowy.

Chłodzenie cieczą zmieni to, co konstrukcje muszą przenosić

Chłodzenie cieczą przechodzi ze specjalistycznych wdrożeń do standardowego projektowania produkcyjnego. Chłodzenie direct-to-chip działa już komercyjnie w halach hyperscale AI, a chłodzenie immersyjne podąża za nim. Oba rozwiązania wymagają rezerw konstrukcyjnych, których większość istniejących budynków nie ma: stropów przystosowanych do ciężaru płynów, zabezpieczenia ryzyka wycieków oraz przestrzeni technicznej dla urządzeń dystrybucyjnych.

W nowym obiekcie takie wymagania można stosunkowo łatwo uwzględnić. W istniejącym obiekcie najpierw potrzebna jest ocena konstrukcyjna, a dla wielu zasobów kolokacyjnych zbudowanych przed zmianą gęstości AI taka ocena jest już spóźniona.

Czytaj więcej: Chłodzenie powietrzem vs. chłodzenie cieczą w centrach danych: kiedy warto dokonać zmiany?

Raportowanie zrównoważonego rozwoju ujawni różnice

Raportowanie zrównoważonego rozwoju sprawia, że decyzje konstrukcyjne stają się bardziej widoczne. W Europie rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2024/1364 określa wymagania dotyczące efektywności energetycznej i raportowania dla centrów danych. Poza samą zgodnością, oceny emisji w całym cyklu życia wywierają realną presję, aby uzasadniać materiałochłonne decyzje: większe obciążenia stropów, dłuższe rozpiętości, dodatkową wysokość. Operatorzy, którzy potrafią uzasadnić te decyzje operacyjnie, są w lepszej pozycji niż ci, którzy nie potrafią.

Podsumowanie

Założenia konstrukcyjne zawsze podążały za logiką komercyjną. Ta logika jest dziś coraz mocniej kształtowana przez obciążenia, które 3 lata temu jeszcze nie istniały. Różnica między tym, czego konstrukcyjnie potrzebują kampusy hyperscale i budynki kolokacyjne, rośnie, a decyzje podejmowane dziś na etapie założeń określą, ile elastyczności operatorzy zachowają przez resztę życia obiektu.

Dla deweloperów, operatorów i konsultantów pracujących nad tym tematem właściwe pytanie brzmi: jak wygląda realistyczny model operacyjny obiektu w całym okresie jego projektowego życia i czy założenia konstrukcyjne to odzwierciedlają. Postawienie tego pytania wcześnie to moment, w którym wkład konstrukcyjny ma największe znaczenie.

Najczęściej zadawane pytania

Czym jest centrum danych hyperscale?

Centrum danych hyperscale to duży obiekt budowany i obsługiwany przez jedną organizację na potrzeby jej własnych obciążeń. Głównymi operatorami są największe firmy chmurowe i technologiczne: AWS, Microsoft Azure, Google Cloud, Meta i Alibaba Cloud. Ich kampusy mogą przekraczać 100 megawatów obciążenia IT i są projektowane pod konkretną strategię IT oraz chłodzenia, skalowaną przez wiele hal lub budynków kampusu.

Czy obiekt kolokacyjny może obsłużyć obciążenia hyperscale AI?

Nie bez wcześniejszej oceny konstrukcyjnej. Gdy różnica między istniejącą specyfikacją budynku a wymaganiami wynikającymi z gęstości AI jest duża, nowy obiekt jest zazwyczaj bardziej opłacalny niż retrofit. Mniejsze modernizacje w konkretnych strefach z rezerwą nośności są bardziej realne. W każdym przypadku przegląd konstrukcyjny jest właściwym punktem wyjścia.

Czy projektowanie konstrukcyjne hyperscale kosztuje więcej niż kolokacja?

Zwykle tak, choć nie zawsze tak bardzo, jak sugerują różnice w specyfikacji. Duże obciążenia stropów, szerokie rozpiętości i dodatkowa wysokość rzeczywiście zwiększają koszt. Większym ryzykiem jest jednak błędna specyfikacja w którąkolwiek stronę: przewymiarowanie obiektu kolokacyjnego marnuje kapitał, a niedowymiarowanie hali hyperscale AI prowadzi do kosztownego retrofit. Celem są założenia dopasowane do modelu operacyjnego.

 

O nas gbc engineers to międzynarodowe biuro inżynierskie z oddziałami w Niemczech, Polsce i Wietnamie, które zrealizowało ponad 10 000 projektów na całym świecie. Świadczymy usługi w zakresie inżynierii konstrukcyjnej, projektowania centrów danych, inżynierii infrastruktury i mostów, BIM & Scan-to-BIM oraz zarządzania budową. Łącząc niemiecką jakość inżynieryjną z międzynarodowym doświadczeniem, dostarczamy klientom zrównoważone, bezpieczne i efektywne rozwiązania.