USV-Dimensionierung für KI-Compute: Topologie, Batteriechemie, Laufzeit und die kVA-Falle

Eine USV vor einem KI-Server ist ein Posten, bei dem der Unterschied zwischen „richtig gemacht" und „billig gemacht" weniger vom Budget abhängt als davon, ob man weiß, was man kauft. Das 6-kVA-Gerät mit dem Aufdruck „6000 W" ist oft keine 6-kW-USV. Die line-interaktive USV zu einem Drittel des Preises einer Doppelwandler-USV genügt für einen Bürorechner – und trägt an einem 4-GPU-Knoten gelegentlich zum Absturz bei.

Es geht um USV-Schutz für Kentino-Hardware: 4-GPU- und 8-GPU-KI-Server von Kentino mit Consumer-Karten (RTX 5090, 4090) und Workstation-Karten (RTX Pro 6000 Blackwell). Querverweise: W04, P01, P03, I04, P06, L05.

Warum ein KI-Server überhaupt eine USV braucht

Nicht wegen der Laufzeit. Trainingsjobs werden per Checkpoint gesichert, Inferenz läuft leer und startet neu. Fällt der Strom für neunzig Minuten aus, verlieren Sie den Job seit dem letzten Checkpoint – Modell, Daten und Hardware bleiben unversehrt. Was die USV tatsächlich bringt:

1. Sauberes Herunterfahren. Ein harter Neustart unter Last ist ein schmutziges Ereignis – Dateisysteme mitten im Schreibvorgang können inkonsistent zurückbleiben (das Journal fängt einiges ab, aber keine zerrissenen Checkpoints und keine laufenden DB-Schreibvorgänge). Mit USV leert der Server seine Queues, synchronisiert die Dateisysteme, beendet vLLM oder SGLang per SIGTERM und schaltet über das Betriebssystem ab – auf einem sauber eingerichteten Knoten in drei bis fünf Minuten.
2. Überbrückung von Transienten. Das Netz bricht für zehn bis mehrere hundert ms ein. Meist fängt die Haltezeit des Netzteils das ab, manchmal startet der Server kommentarlos neu. Schlimmer: Die GPU sieht für wenige ms eine 12-V-Unterspannung, nimmt den Boost zurück, wirft ECC-Fehler – und die Inferenzausgabe ist minutenlang subtil falsch, bis der Treiber zurücksetzt. Diagnostiziert wird das Wochen später, wenn jemand bemerkt, dass die Perplexität gestiegen ist.
3. Netzaufbereitung. Der Doppelwandler erzeugt die Ausgangs-Sinuskurve neu aus dem DC-Zwischenkreis. Das Netzteil sieht saubere 230 V, unabhängig von der Netzqualität.

Wofür eine USV nicht gedacht ist: einen längeren Ausfall zu überbrücken. Ausgelegt auf 5 kW für zehn Minuten sind es bereits mehrere kVA an Batteriekapazität; ausgelegt auf eine Stunde wird daraus ein eigener Raum. Für echte Überbrückung brauchen Sie einen Generator (P06).

Die kVA-kW-Falle

Scheinleistung (kVA) ist Effektivspannung × Effektivstrom. Wirkleistung (kW) ist das, was tatsächlich Arbeit verrichtet. PF = kW / kVA.

Bei nichtlinearen Lasten ist der PF < 1.0, und die USV muss trotzdem die vollen kVA liefern. Ältere Geräte gaben VA unter der Annahme eines PF von 0.6–0.8 an. Eine „6 kVA"-USV von 2010 hat womöglich nur 4 kW Wirkleistung – daher die meisten Überraschungen der Sorte „mit 6000 VA angegeben, bei 4500 W abgeschaltet".

Moderne KI-Netzteile ändern das. Aktive PFC zieht den PF seit etwa 2010 auf 0.95–0.99. Die KI-Netzteile von Kentino (Corsair AX, Seasonic PRIME, Super Flower Leadex, Supermicro CRPS) laufen mit einem PF ≥ 0.97. Moderne Servernetzteile erreichen einen PF von etwa 0.99, sodass kVA und kW einer USV heute zusammenfallen:

Line-interaktive Baureihen (Vertiv Liebert PSI5, APC Smart-UPS SMT) liegen weiterhin bei einem PF von etwa 0.9. Bei Doppelwandlern ab 6 kVA können Sie davon ausgehen, dass kVA ≈ kW auf 10% genau gilt – lesen Sie trotzdem das Datenblatt. Dimensionieren Sie nach kW und prüfen Sie anschließend, ob die kVA ausreichen.

Doppelwandler-Online-USV vs. line-interaktive USV

Es gibt drei USV-Klassen; nur eine davon passt zu KI-Systemen.

Standby (Offline). 8–25 ms Umschaltzeit, oft mit Treppensinus. Bürogeräte für €100. Überspringen.

Line-interaktiv. Spartransformator zur Korrektur von Unter- und Überspannung, ohne in den Batteriebetrieb zu wechseln. 2–10 ms Umschaltzeit. Vertiv Liebert PSI5, APC Smart-UPS SMT, Eaton 5PX. Für Büro-IT völlig ausreichend. Für KI-Compute nicht geeignet.

Doppelwandler-Online. Die Last läuft dauerhaft über den Wechselrichter, gespeist aus einem DC-Zwischenkreis, an dem Gleichrichter und Batterie parallel hängen. Fällt die Einspeisung aus, übernimmt die Batterie den Zwischenkreis – der Wechselrichter merkt davon nichts. Umschaltzeit null, Ausgangsspannung vollständig neu erzeugt. APC Smart-UPS SRT, Eaton 9PX, Vertiv Liebert GXT5/EXM, Riello Sentinel Dual SDU/SDH, Schneider Galaxy VS.

Warum Doppelwandler: Eine Umschaltzeit von 4–10 ms bringt ein nahe der Nennleistung betriebenes Netzteil zum Absturz (ein 5-kW-Kentino-KI-Knoten mit 70% Netzteillast hat rund 12 ms Haltezeit; 6 ms Umschaltzeit fressen die Hälfte davon, ohne Reserve für Lastspitzen). Ein kurzzeitiger Einbruch der 12-V-Schiene setzt sich bis in den VRM-Eingang der GPU fort – der Takt fällt, ECC-Fehler treten auf, manchmal verschwindet eine Karte vom Bus. Moderne ATX- und CRPS-Netzteile reagieren zudem empfindlich auf modifizierten Sinus. Der Doppelwandler beseitigt alle drei Probleme.

Kosten: 6 kVA als Doppelwandler liegen bei €1500–2500, line-interaktiv bei €700–1200. Bei einem Serverbudget von €30k+ zuzüglich €5k+ für Elektrik und Kühlung sind die €1000 Aufpreis die günstigste Versicherung, die Sie je abschließen.

Dimensionierung: Wirkleistung plus Reserve

P_ups_kW   =  (P_server + P_network + P_workstation_critical) × 1.25
P_ups_kVA  =  P_ups_kW / PF_load   (PF ≈ 0.97 bei KI-Netzteilen)

Der Faktor 1.25 deckt GPU-Lastspitzen ab (eine 5090, die für 5 ms auf 600 W geht) sowie 10% Wachstum.

Workstations brauchen in der Regel keine USV – die Bediener öffnen nach einem einminütigen Ausfall einfach wieder ihre SSH-Sitzung. Netzwerktechnik dagegen schon – ein Server, der überlebt, aber während des Herunterfahrens das Betreibernetz nicht erreicht, ist genauso wertlos wie einer, der ausgefallen ist. Nehmen Sie den ToR-Switch und den Management-AP mit auf.

Faustregel für die Installation: Belasten Sie die USV mit 70–80% ihrer Nenn-kW. Unter 50% verschenken Sie Investitionsbudget an einen ineffizienteren Arbeitspunkt; über 85% bleibt keine Reserve für Transienten, und die USV geht bei der ersten GPU-Spitze in den Bypass.

Laufzeit dimensionieren

Die Laufzeit zu verdoppeln kostet mehr als das Doppelte, denn größere Batterien verlangen auch einen größeren Wechselrichter.

Für Kentino AI sind 10–15 min bei Dauerlastder Zielwert. Fünf Minuten reichen technisch für ein sauberes Herunterfahren, lassen aber keine Reserve, wenn das Netz flackert (Ausfall, 30 s Wiederkehr, erneuter Ausfall). Fünfzehn Minuten geben dem Betreiber Zeit, sich anzumelden und zu entscheiden, ob er aussitzt oder abschaltet.

Eine 6-kVA-USV mit internen Batterien liefert typischerweise 4–6 Minuten. Für zehn Minuten braucht es einen externen Batterieschrank, für fünfzehn zwei. Jeder Schrank kostet rund 30–40% des USV-Listenpreises. Die Laufzeit ist der mit Abstand größte Kostenhebel.

Der Break-even zum Generator liegt bei rund 20–30 min bei 5 kW. Darunter: Batterien. Darüber: Generator plus kleinere USV als Brücke (P06).

Lithium vs. VRLA: der Stand 2026

Lithium-Ionen (LFP – Lithium-Eisenphosphat, sichere Chemie für stationäre Anwendungen) hat die Schwelle zur Wirtschaftlichkeit in den letzten drei Jahren überschritten, und alle marktführenden Hersteller bieten ihre Doppelwandler-Baureihen der Mittelklasse inzwischen auch mit Lithium an.

Die TCO hängt davon ab, wie stark der Raum die VRLA-Batterien altern lässt. Eine USV in einem 30 °C warmen Technikschrank verbrennt alle 18–24 Monate einen VRLA-Strang – Lithium amortisiert sich dort in zwei bis drei Jahren. In einem 22 °C kühlen Labor hält VRLA vielleicht fünf Jahre, und Lithium rechnet sich erst über einen längeren Zeitraum. Über 10 Jahre liegt die Lithium-TCO rund 35% niedriger; manche Hersteller nennen 50%.

Für Neuinstallationen ab 3 kVA ist Lithium die Standardwahl. Das BMS sorgt außerdem dafür, dass die USV merkt, wenn ihre Batterie nachlässt. VRLA bleibt sinnvoll für sehr kleine Anlagen (1–3 kVA) und als Ersatzpack in Geräten ohne Lithium-Option.

Konkrete Empfehlungen je Kentino-AI-Stufe

Genannt sind Produktfamilien, keine SKUs – Familien sind beständig, Modellnummern wechseln ständig.

4-GPU Kentino AI (2.4 kW Dauerlast, 3.0 kW transient): 3 kVA / 2.7 kW Doppelwandler, Lithium. APC Smart-UPS SRT 3000, Eaton 9PX 3000, Vertiv Liebert GXT5 3000, Riello Sentinel Dual SDU 3000. Intern rund 5 min – ausreichend für sauberes Herunterfahren. EU €1 500 – 2 500 mit Lithium, €1 000 – 1 600 mit VRLA. 2U–3U, umbaubar.

8-GPU Kentino AI (5 kW Dauerlast, 6 kW transient): 6 kVA / 5.4–6 kW Doppelwandler, Lithium. APC Smart-UPS SRT 6000, Eaton 9PX 6000, Vertiv Liebert GXT5 6000, Riello Sentinel Dual SDH 6000. Intern 4–6 min; mit einem externen Schrank 10–12 min. EU €3 000 – 5 000 mit Lithium, €2 000 – 3 500 mit VRLA, zuzüglich €1 000 – 2 000 je Schrank. 4U–6U.

Rack mit 4× 8-GPU (20 kW Dauerlast): zentral 20–30 kVA oder je Server 6 kVA. Zentral – APC Smart-UPS SRT 20000, Eaton 9PX 22 kVA, Vertiv Liebert APM, Schneider Galaxy VS 20 kW – €12 000 – 20 000 mit Lithium bei 10 min Laufzeit. Je Server – 4× 6 kVA, insgesamt €16 000 – 22 000.

Zentral ist effizienter (ein Wechselrichter mit 96–97% statt vier mit 92–94%), braucht weniger Höheneinheiten und ist oberhalb von etwa 15 kW pro kW günstiger. Je Server ist robuster – der Ausfall einer USV legt nur einen Server still. Einzelnes Rack, ein Betreiber: zentralisieren. Managed Services mit SLA: verteilen.

Monitoring: SNMP, NUT, Shutdown-Kette

Eine USV, die niemand überwacht, ist eine USV, die ihren Kapazitätstest still und leise nicht besteht – und Sie genau an dem Tag belügt, an dem Sie sie brauchen. Drei Ebenen, und zwar ab dem ersten Tag.

Jährlicher Kapazitätstest. Einmal im Jahr manuell entladen. < 80% der Nennkapazität bedeutet Lebensdauerende. Der häufigste USV-Ausfall in der Praxis ist ein Gerät, das „Batterie OK" meldet und dann 30 Sekunden statt 10 Minuten liefert – die Firmware schätzt anhand der Ladespannung, nicht anhand der tatsächlichen Kapazität. Bei Lithium ersetzt das BMS den Test; bei VRLA ist er Pflicht. Querverweis L05.

Die Falle „einstecken und vergessen"

Stiller Batterietod. Die USV steht drei Jahre da. Der 30-s-Selbsttest läuft durch, weil die Batterie noch 30 Sekunden schafft. Dashboard grün. Dann ein fünfminütiger Ausfall, der Wechselrichter steigt nach 45 s aus, der Server startet hart neu. Die Batterie war seit 18 Monaten tot.

Thermische Überlastung. USV in einem Technikschrank zusammen mit einem 4-GPU-Server, der 2.4 kW abgibt, ohne Kühlung, den ganzen Sommer 32–35 °C Umgebungstemperatur. VRLA altert je 10 °C oberhalb von 25 °C etwa 2× so schnell – für fünf Jahre ausgelegte Batterien halten bei 35 °C nur 18 Monate. Lithium verträgt mehr, bevorzugt aber ebenfalls < 30 °C.

Abhilfe: Test terminieren, Raumtemperatur überwachen und das nächste Austauschdatum als Aufkleber am Gerät anbringen.

Ausblick: Generatoranbindung

Oberhalb von 20–30 min Laufzeit sind Batterien der falsche Weg. Dann steht draußen ein 10- oder 20-kW-Aggregat, eingebunden über einen automatischen Netzumschalter (ATS). Bei Netzausfall gibt der ATS den Startbefehl, wartet auf stabile Ausgangsspannung (10–30 s) und schaltet die Last um. Die USV überbrückt die Lücke – die Batterie trägt die volle Last rund 60 s mit Reserve. Eine USV-Laufzeit von 5 min ist dafür mehr als ausreichend. Die lange Überbrückung kommt aus dem Tank. P06 behandelt Aggregat, ATS und Verriegelungen.

Dieser Beitrag gehört zum Kentino Wiki, einer Referenzreihe über KI-Compute, Robotik und die Systeme, die beides verbinden. Anmerkungen und Korrekturen gerne an info@kentino.com.