Rozpočet napájení a chlazení pro robotickou AI laboratoř

Výpočetní část robotické laboratoře je to, co se fotí na web. O tom, jestli to celé vůbec funguje, ale rozhoduje zásuvka ve zdi. Většina laboratoří, které jsme viděli „dorůst do AI“, podceňuje svůj trvalý elektrický odběr zhruba dvojnásobně, zjistí to první měsíc, když během tréninku vypadne jistič, a další čtvrtletí stráví předěláváním rozvodů v místnosti, kterou měla za hotovou.

Tento článek je rozpočtovou verzí téhle debaty — ještě než podepíšete nájem nebo objednáte server. Projdeme kompletní seznam odběrů (server, roboti, workstationy, síť, osvětlení), výpočet chlazení, který rozhodne, jestli místnost stíhá, elektroinstalaci, kterou opravdu potřebujete, a checklist, který předáte elektrikáři dřív, než vezme do ruky vrtačku.

Pro koho: vedoucí laboratoří, integrátoři a nákupčí v Evropě, kteří do jedné místnosti dávají jeden až dva AI servery a pár humanoidních nebo čtyřnohých robotů. Počítáme s evropskou realitou 230 V / 400 V. Čtenáři ze Severní Ameriky si u většiny napětí vydělí dvěma a dojdou zhruba ke stejným závěrům.

Kompletní seznam odběrů

Robotická laboratoř s AI má víc trvale napájených zařízení, než si začínající stavitelé spočítají. Výpočetní technika je titulek; zbytek je tělo účtu.

Než se pustíme do příkladu, stojí za zmínku několik věcí:

• Údaj nabíječky G1 (54 V, 5 A ≈ 270 W) je mnohem nižší, než lidé tipují. Větší humanoidní platformy v kategorii 70–130 kg dokážou z rychlonabíječky odebírat 1 kW i víc; pravidlo „nabíjení humanoida = 1 kW“ je konzervativní, ale ne nesmyslné. Ověřte si skutečné parametry nabíječky své jednotky.
• Workstationy nejsou „zadarmo“. Vývojář s 5090 v desktopu, který lokálně spouští inferenci a ladí, utáhne trvale 500 W. Čtyři vývojáři jsou 2 kW nepřetržitě, tedy zhruba jako server se čtyřmi GPU.
• Osvětlení a drobnosti se sčítají. Laboratoř o 30 m² s pořádným pracovním osvětlením, třemi tiskárnami a pájecím stolem snadno dá 1 kW ještě předtím, než dorazí jakýkoli AI hardware.

Příklad: jeden server, dva humanoidi, čtyři stoly

Reálná sestava: 1× server Kentino AI 256/8x, 2× humanoidní robot v nabíjecím doku, 4× vývojářský workstation s monitory, síťové prvky, osvětlení a menší dílenský stůl.

1× server Kentino AI s 8 GPU      ~ 4.5 kW
2× nabíječky humanoidů (~1 kW/ks) ~ 2.0 kW   (počítáno s většími platformami, konzervativně)
4× workstationy (500 W/ks)        ~ 2.0 kW
8× monitorů (50 W/ks)             ~ 0.4 kW
Síťové prvky + AP                 ~ 0.2 kW
Osvětlení + ostatní               ~ 0.6 kW
                                  --------
Zátěž IT + laboratoře             ~ 9.7 kW trvale

Pro plánování zaokrouhlete na ~10 kW trvale. Toto číslo určuje všechna další rozhodnutí v tomto článku. Pozor také: těch 10 kW počítá s tím, že se oba humanoidi nabíjejí současně — což se stane, pokud tým neumí plánovat. A on to neumí. Počítejte s případem, kdy vše odebírá naráz.

Pro srovnání: menší laboratoř s jedním serverem se 4 GPU, jedním humanoidem, dvěma stoly a zbytkem úměrně menším se dostane na 5–6 kW. Větší laboratoř se dvěma servery s 8 GPU a flotilou čtyř robotů v pohodě atakuje 18–20 kW. „Laboratoř na 10 kW“ je medián, který v roce 2026 vídáme.

Jedna fáze vs. tři fáze: kdy která stačí

Tady je stejná otázka zhuštěná na to, co je pro laboratoř podstatné: který okruh zátěž unese?

Laboratoř s 10 kW leží těsně nad trvalým limitem třífázového přívodu 400 V 16 A, takže 16 A třífázově je teoreticky možné, nezbývá ale žádná rezerva na druhý server nebo třetího humanoida. Správná odpověď pro laboratoř s 10 kW v roce 2026 je třífázový přívod 400 V 32 A na červeném pětikolíkovém konektoru IEC 60309 (CEE), uvnitř rozdělený na jednofázové okruhy 16 A v rozvaděči.

Volba 32 A třífázově není jen o dnešní zátěži. Je to nejlevnější pojistka proti překvapení typu „přidali jsme server“. Rozdíl v ceně instalace mezi 16 A a 32 A třífázově je malý — jistič, konektor a o něco silnější kabel. Předělat to za dvanáct měsíců stojí několikanásobek, protože budete tahat nový kabel skrz hotové stěny.

Past „prostě to zapojím“

Skoro každá začínající laboratoř si myslí, že stávající rozvody v místnosti postačí. Skoro nikdy nepostačí.

Typická evropská kancelář má jeden až dva jednofázové okruhy 16 A pro všechny zásuvky, často na stejném přívodu jako osvětlení. Zapojte server se 4 GPU (2.4 kW), nabíjejícího se humanoida (1 kW), dva workstationy (1 kW), monitory a světla (300 W) a jste na 4.7 kW na okruhu s teoretickými 3.7 kW / trvalými 2.95 kW. Jistič vypadne při prvním delším tréninku. Někdy vypadne v úterý ve 02:30, kdy v budově nikdo není, a ve středu zjistíte, že server přes noc třikrát tvrdě naběhl znovu.

Patnáct minut rozmyslu tomu předejde. Spočítejte zátěž, podívejte se na jistič a rozhodněte, jestli potřebujete elektrikáře, než objednáte server. Výjezd elektrikáře stojí nižší stovky eur; předělávka nižší tisíce plus měsíc zpoždění projektu.

Obzvlášť nepříjemná varianta: okruh unese průměrnou zátěž, ale vypadne na krátkodobých špičkách. Server s 8× 5090 (4.5 kW trvale) dokáže při přechodu mezi tréninkovými kroky vyskočit na 6 kW na desítky milisekund. Jednofázový jistič 32 A s charakteristikou B (7.4 kW trvale) to v pohodě absorbuje. Jistič 16 A s charakteristikou C na špatné straně vytíženého okruhu ne. Projeví se to jako „server se náhodně restartuje, když spustíme trénink“ a nakonec to odhalí elektrikář s klešťovým ampérmetrem.

Chlazení: každý kW dovnitř znamená kW ven

První fyzikální pravidlo výpočetní laboratoře: všechen elektrický příkon dodaný do místnosti skončí v místnosti jako teplo. Server o 4 kW je čtyřkilowattové topení s pár kroky navíc. Klimatizace musí teplo odvádět stejnou rychlostí, jinak teplota v místnosti poroste, dokud se technika nezačne podtaktovávat, lidé neodejdou, nebo obojí.

1 kW tepla  =  3,412 BTU/h
1 tuna chlazení  =  3.517 kW  =  12,000 BTU/h

Pro laboratoř s 10 kW musíte trvale odvádět 10 kW tepla. To je ~34,000 BTU/h, tedy asi 2.85 tuny chlazení. Technika se ale uvádí ve jmenovitém výkonu za konkrétních podmínek a místnost se špatným prouděním, sluncem na jižní stěně a lidmi uvnitř o část chladicího výkonu přichází. Standardní pravidlo pro rezervu:

Chladicí výkon  =  1.3 až 1.5 × zátěž IT + laboratoře

Pro 10 kW IT instalujte 13–15 kW chladicího výkonu. Zaokrouhlete na systém o 15 kW. Zní to jako přehánění až do prvního červencového odpoledne s 35 °C, kdy teplota v budově stoupne a Vaše jmenovitě dimenzovaná klimatizace dodá 80 % štítkového výkonu.

ASHRAE TC 9.9 definuje teplotní rámec, kterým se řídí každý návrh datacentra. Aktuální doporučený rozsah je 18–27 °C suchého teploměru na vstupu serveru, vlhkost od rosného bodu 8 °C do 60 % RH, strop ≤ 80 % RH. Novější třída H1 pro hustě osazené AI/HPC ho zpřísňuje na 18–22 °C. Pro malou laboratoř s poloprofesionálními GPU (5090, 4090) širší okno 18–27 °C stačí; miřte na 22 °C jako návrhový bod a počítejte s tím, že letní odpoledne mohou vyšplhat na 25 °C.

Vlhkost je stejně důležitá jako teplota, a to ze dvou důvodů. Pod 30 % RH roste riziko elektrostatického výboje — špatná zpráva pro lidi, kteří manipulují s elektronikou robotů, i pro citlivé senzory. Nad 80 % RH roste riziko kondenzace na studených površích a dlouhodobě se zrychluje koroze. Miřte na 40–60 % RH po celý rok. Většina split klimatizací vlhkost aktivně neřídí; pro laboratoř ve vlhkém přímořském klimatu se vyplatí samostatný odvlhčovač nebo jednotka třídy CRAC, která to umí.

Možnosti chlazení: mobilní vs. split vs. CRAC

Upřímné doporučení podle velikosti laboratoře:

• IT zátěž do 5 kW: jedna dobrá dvouhadicová mobilní klimatizace v nouzi poslouží, ale jedna nástěnná split jednotka je čistší, tišší a po započtení horší účinnosti mobilní jednotky vyjde za pár let zhruba nastejno.
• IT zátěž 5–15 kW: nástěnná nebo kazetová split klimatizace dimenzovaná na 1.3–1.5násobek IT zátěže. To je ideální řešení pro jednu místnost. Systém o 15 kW znamená jednu venkovní kompresorovou jednotku a jednu až dvě vnitřní.
• IT zátěž 15–40 kW: multi-split systém, nebo přechod na menší CRAC. V tomto měřítku už budete chtít řízení vlhkosti a opravdu je potřeba myslet na redundanci (porucha jediného kompresoru = žádné chlazení = tepelné vypnutí do 20 minut pod zátěží).
• IT zátěž nad 40 kW: vyhrazená jednotka CRAC nebo okruh s chlazenou vodou; to už provozujete malou serverovnu, ne laboratoř. To je nad rámec tohoto článku.

Mobilní klimatizace si zaslouží zvláštní varování. Jednohadicové jednotky berou chladný vzduch z místnosti, hadicí vyfukují teplo ven a náhradní vzduch nasávají ze zbytku budovy (nebo zvenku, jakoukoli netěsností). Jsou proto v čistém součtu neefektivní — na každý 1 kW dodaného chladu propustí zpět ~0.3–0.5 kW teplého vzduchu. A jsou dost hlučné na to, aby byla práce v místnosti nepříjemná. Berte je jako nouzové řešení, ne jako plán.

Proudění vzduchu: na kázni zepředu dozadu záleží

Klimatizace dodá do místnosti chladný vzduch; rack ho promění v užitečnou práci. Mechanická otázka zní, jestli se chladný vzduch dostane ke vstupům GPU dřív, než se smísí s horkým výfukem.

Standardní konvencí je proudění rackem zepředu dozadu: chladný vzduch vstupuje do racku zepředu, prochází servery a vystupuje vzadu. AI servery Kentino tuto konvenci dodržují se 3× 120mm vstupním a 1× 120mm výstupním ventilátorem na šasi, dimenzovanými na trvalý provoz 24/7 s průmyslovými ventilátory. Je to stejná konvence, jakou používá každý serverový sál, a ze stejného důvodu: umožňuje oddělit studený přívod od horkého odvodu.

Ve velkém datacentru jsou studený přívod a horký odvod fyzicky odděleny uzavřením uliček — panely, závěsy nebo celými kryty kolem řad racků. V malé laboratoři s jedním nebo dvěma racky u stěny obvykle plné uzavření horké uličky nepostavíte, zvládnete ale jednoduchou verzi:

• Čela serverů směřují ke zdroji chladného vzduchu (výdech split klimatizace nebo dveře z chladnější místnosti).
• Zadní strany serverů směřují k cestě horkého odvodu (ke stěně, ideálně se sáním klimatizace vysoko na téže stěně).
• Žádné zařízení se sáním po straně nebo shora v racku. (To vylučuje kancelářské počítače naskládané na racku, což jsme viděli víc než jednou.)

Bez oddělení se studený přívod mísí s horkým výfukem ještě před rackem, efektivní chladicí výkon klesne o 15–25 % a GPU se během odpoledne postupně prohřívají. Studie uzavírání uliček v datacentrech ukazují po správném oddělení pokles spotřeby ventilátorů o 20–25 % a chladicích jednotek o 20 %. Laboratorní verze téhož principu: nenechte vzduch mísit se tam, kde to není nutné.

Baterie a nabíjení

Nabíjející se robot není rovnoměrná zátěž. Nabíječka odebírá téměř jmenovitý výkon prvních 70–80 % nabíjecího cyklu a pak odběr klesá. Humanoid, který se vrátí z tréninku s 20 % baterie a připojí se do doku, táhne plný výkon nabíječky hodinu až dvě a pak další hodinu dobíjí pomalu.

Z toho plynou dvě věci:

1. Odběr nabíječky konkuruje serveru. Pokud Váš okruh server sám o sobě unese, ale je dimenzovaný přesně na 80 % jističe, připojení robota na plný odběr Vás přes limit přehoupne. Výpočet laboratoře s 10 kW výše předpokládal současné nabíjení obou robotů; pokud je Vaše realita „nabíjíme jednoho robota, zatímco běží trénink“, můžete z rozpočtu ubrat kilowatt. Pokud je Vaše realita „na konci každého pracovního dne nabíjíme oba roboty a přes noc běží dlouhá tréninková úloha“, ubrat nemůžete.
2. Rozložte v čase, nebo předimenzujte. Čisté řešení je okruh předimenzovat. Levné řešení je rozložit nabíjení podle časového plánu spínané PDU — robot A se nabíjí 18:00–22:00, robot B 22:00–02:00 a tréninková úloha má mezi tím celý okruh. Plánování přes PDU je křehké, protože lidé zapomínají roboty připojit; doporučujeme proto předimenzování.

Jemnější postřeh: roboti mají vlastní baterie, takže pár minut výpadku pro ně problém není. Nabíječky robotů téměř nikdy nemusíte jistit UPS — robot zůstane naživu na vlastní baterii a nabíjení se po obnovení napájení jednoduše rozběhne dál. Rozpočet na UPS patří serveru, ne flotile.

Dimenzování UPS

Server je to, co si nemůžete dovolit ztratit kvůli poklesu napětí nebo krátkému výpadku. Korektní vypnutí z běžícího tréninku trvá pár minut. Kolísající přívod ze sítě (spadne na 0 V na 200 ms, vrátí se, za 30 sekund spadne znovu) trvá déle.

Pro AI výpočty vždy specifikujte topologii online s dvojitou konverzí. Line-interactive UPS mají při přepnutí na baterii dobu přenosu 4–10 ms — pro kancelářské počítače v pořádku, pro inferenční server uprostřed CUDA kernelu občas katastrofa. Ty 4 ms nestačí na shození veškerého hardwaru, ale viděli jsme, že stačí na zaseknutí tréninkové úlohy a nutnost tvrdého restartu. Dvojitá konverze má nulovou dobu přenosu, protože zátěž visí trvale na střídači; baterie se jen stane zdrojem stejnosměrného napětí.

Častá chyba: poddimenzovaná UPS vůči krátkodobé špičce. UPS o 3 kVA před serverem s trvalými 2.5 kW a špičkami 3 kW přepne do bypassu přesně ve chvíli, kdy ji nejvíc potřebujete. Dimenzujte UPS na špičkový odběr, ne na trvalý průměr. Je to stejná logika jako u dimenzování zdroje v W04.

Roboti, jak bylo řečeno, UPS nepotřebují. Ušetřené kVA nechte výpočetní technice.

Konkrétní elektroinstalace pro laboratoř s 10 kW

Co doporučujeme od začátku do konce pro novou instalaci robotické AI laboratoře s 10 kW:

Třífázový podružný rozvaděč 32 A rozdělený na šest vyvážených jednofázových okruhů 16 A — zdroje serveru na různých fázích, klimatizace oddělená, nabíječky robotů na vlastním jističi.

Poznámky k tomuto uspořádání:

• Třífázových 32 A v podružném rozvaděči laboratoře je hlavní přívod. Z něj se z každé fáze odbočují jednofázové okruhy 16 A, zhruba vyváženě.
• Vyhrazené okruhy pro server, jeden na každý zdroj. Server se dvěma zdroji má oba přívody na dvou různých fázích — stejná logika jako rozdělené napájení na třífázové PDU.
• Okruh nabíječky humanoida je oddělený od serveru. Připojení robota tak nenaruší elektrické prostředí serveru.
• Klimatizace na vlastním okruhu. Zapínací proud kompresoru je značný; sdílet okruh se serverem znamená koledovat si o zbytečné výpadky jističe.
• Proudový chránič typu B. Spínané zdroje s PFC mají malé stejnosměrné svodové složky, které chránič typu AC dokážou oklamat. Správná odpověď je typ B; u menších okruhů je přijatelný typ A.

Pro certifikovaného elektrikáře je to práce na jeden den, pokud do hlavního rozvaděče budovy už vedou tři fáze. V budově jen s jednofázovou přípojkou může být nutné, aby distributor přívod posílil, což přidá týdny. Zkontrolujte rozvaděč ještě před podpisem nájmu.

Upřímné shrnutí

Většina laboratoří podceňuje potřebu napájení a chlazení zhruba dvojnásobně. Vzorec je pořád stejný: někdo navrhne místnost kolem serveru, který kupuje dnes, zapomene na druhý server, který bude chtít za rok, poddimenzuje chlazení, protože obchodník nacenil štítkové kW, a vynechá UPS, protože „máme síť, to bude dobré“.

Udělat to hned napoprvé pořádně — natáhnout třífázový přívod 32 A, instalovat split klimatizaci o 15 kW a postavit před server UPS s dvojitou konverzí o 8 kVA — vyjde pro laboratoř s 10 kW na 8–15 tis. €. Udělat to špatně stojí zhruba stejně, plus čtvrtletí zpoždění projektu, plus ztráta důvěry, když týmu oznámíte, že „server dnes nejede“. Špatnou variantu vídáme častěji než tu správnou.

Plánujte na 1.5násobek současné zátěže. Berte současnou zátěž jako podlahu, ne strop. Jedna velikost jističe navíc při instalaci stojí málo. Předělat instalaci stojí hodně.

Toto je součást Kentino Wiki, referenční série o AI výpočtech, robotice a systémech, které je propojují. Připomínky a opravy uvítáme na info@kentino.com.