EN
Liens rapides
Actuellement, la mise en œuvre accélérée des applications d'intelligence artificielle a entraîné une augmentation significative de la consommation d'énergie, augmentant directement la demande en alimentation électrique pour les centres de données. Selon les données de l'Agence internationale de l'énergie de 2023, la consommation d'énergie des centres de données mondiaux représente désormais plus de 3 % de la consommation mondiale d'électricité, et la puissance maximale consommée par un seul serveur GPU A100 dépasse 10 kW. L'augmentation considérable de la consommation électrique des centres de données pose de nouveaux défis tant sur la qualité que sur la quantité de l'alimentation électrique. En tant que composant important des circuits d'alimentation des centres de données, le choix des inductances est crucial pour l'efficacité de conversion ainsi que pour la stabilité et la fiabilité du fonctionnement des systèmes d'alimentation.
1- Catégories d'alimentation électrique des centres de données et tendances de développement
L'alimentation électrique des centres de données comprend principalement les alimentations des serveurs, les alimentations sans coupure (ASI), les alimentations à courant continu haute tension, les alimentations distribuées/alimentations modulaires, etc.
1.1 Alimentation électrique du serveur
Dans les serveurs d'intelligence artificielle, les GPU, CPU et puces d'accélération IA ont des exigences extrêmement élevées en matière de stabilité et d'efficacité de l'alimentation électrique. Les serveurs utilisent généralement des convertisseurs DC-DC efficaces pour fournir une sortie de tension stable, et les inductances sont des composants clés indispensables dans ces convertisseurs DC-DC.
Alors que le budget énergétique des serveurs augmente tout en conservant un volume constant, les exigences en matière de densité de puissance deviendront encore plus strictes. Les unités d'alimentation nouvellement développées atteignent désormais près de 100 W/in³. À l'avenir, l'alimentation des serveurs évoluera vers une densité de puissance plus élevée, une efficacité de conversion accrue et une gestion plus intelligente, afin de répondre à la demande croissante en puissance de calcul. L'amélioration de l'efficacité des convertisseurs grâce à l'évolution de la topologie et des technologies de composants constitue la solution pour atteindre une densité de puissance élevée.
alimentation électrique 1.2 UPS
Les alimentations sans coupure (UPS) jouent un rôle crucial en garantissant une alimentation électrique continue pour les centres de données. En cas de panne de courant ou de fluctuations de tension dans le réseau électrique, l'UPS peut passer instantanément en mode batterie (alimentation ininterrompue), ce qui fait que les équipements critiques du centre de données (tels que les serveurs, les dispositifs de stockage, les équipements réseau, etc.) ne sont pas affectés.
alimentation électrique à courant continu haute tension 1.3
Les systèmes d'alimentation électrique HVDC (courant continu haute tension) offrent des économies d'énergie significatives dans des applications telles que les centres de données. Étant donné que le HVDC élimine l'étage onduleur des alimentations électriques sans coupure traditionnelles (UPS), le rendement de conversion peut dépasser 95 %, réduisant ainsi efficacement la consommation d'énergie des centres de données. Selon des données pertinentes, le rendement des alimentations HVDC est supérieur de plus de 5 % à celui des solutions UPS traditionnelles. De plus, en raison de l'absence d'onduleur dans le HVDC, son temps moyen entre défaillances (MTBF) est supérieur de plus de 30 % par rapport à celui des UPS. Alors que les centres de données exigent une efficacité énergétique, une réduction des émissions et une fiabilité accrues, la demande du marché pour les alimentations HVDC continuera de croître.
1.4 Alimentation électrique CC modulaire/distribuée
Pour répondre aux défis fondamentaux des centres de données en matière de haute fiabilité, d'évolutivité flexible, d'optimisation de l'efficacité énergétique et d'efficacité opérationnelle des systèmes électriques, les serveurs de centres de données adoptent également des systèmes d'alimentation distribués conçus selon une architecture modulaire. Les alimentations modulaires s'adaptent non seulement dynamiquement aux besoins en puissance de calcul, mais assurent également l'isolement des pannes grâce à des architectures redondantes, renforçant ainsi la fiabilité du système. En outre, elles peuvent ajuster dynamiquement le nombre de modules en ligne en fonction de la charge réelle afin d'améliorer l'efficacité opérationnelle.
Schéma synoptique d'application pour centre de données
2- Exigences relatives aux inductances pour les systèmes d'alimentation des centres de données
Dans les systèmes d'alimentation des centres de données, les inductances sont des composants fondamentaux jouant un rôle important. En utilisant le principe de l'induction électromagnétique, elles empêchent les fluctuations de courant, stabilisent la sortie de courant et jouent un rôle essentiel dans les processus de conversion d'énergie, influençant ainsi l'efficacité énergétique et la stabilité du système d'alimentation. Différents circuits d'alimentation ont des exigences variées en matière d'inductances.
Dans les systèmes de puissance CA, les inductances sont principalement utilisées dans les circuits de correction du facteur de puissance (PFC) et dans les filtres anti-électromagnétiques (EMI). Les inductances PFC doivent supporter des courants transitoires à haute fréquence (des dizaines de kHz à plusieurs MHz) afin d'éviter la saturation du noyau. Ces inductances utilisent des matériaux de noyau composites métalliques, qui présentent des caractéristiques électriques telles qu'un courant de saturation élevé, des pertes faibles dans le noyau et une grande stabilité thermique. Les inductances utilisées pour le filtrage EMI doivent posséder des capacités de suppression des bruits haute fréquence ; les inductances en mode commun doivent notamment supprimer les bruits dans la gamme des MHz, tout en adoptant une conception à faible champ magnétique de fuite afin de réduire les interférences avec les circuits sensibles.
Le système d'alimentation CC comprend deux scénarios : l'un est le système HVDC (courant continu haute tension), avec une tension typique de 240 V dans le contexte domestique actuel. L'autre est l'alimentation CC distribuée (par exemple, alimentation directe en 48 V). L'alimentation haute tension continue nécessite des inductances possédant des caractéristiques haute fréquence, avec des fréquences de commutation atteignant le niveau du MHz, utilisant des noyaux magnétiques à faibles pertes pour supporter une conversion DC-DC efficace. Les inductances doivent être conçues pour une isolation haute tension afin d'éviter le risque de claquage sous haute tension. Les inductances doivent avoir la capacité de supporter des courants élevés et de maintenir une faible élévation de température dans des conditions de fonctionnement continues à fort courant. En même temps, les inductances doivent répondre à la demande de faible capacitance parasite afin de réduire les problèmes de résonance haute fréquence. Pour l'alimentation CC distribuée, les inductances doivent présenter une petite taille, une densité de puissance élevée et une faible DCR afin de réduire les pertes globales.
Les inductances dans les systèmes d'alimentation sans interruption (ASI) sont principalement utilisées pour le filtrage de sortie de l'onduleur et dans les circuits de gestion de charge/décharge de la batterie. Le filtrage de sortie de l'onduleur exige que les inductances adoptent une conception compacte à haute densité de puissance, capable de supporter des courants supérieurs à 100 A dans un espace limité tout en répondant aux exigences de faible distorsion harmonique. L'efficacité du filtrage peut être optimisée par l'utilisation de noyaux en ferrite combinés à des conceptions d'enroulements multicouches. Les inductances utilisées dans les alimentations d'ASI doivent également résister à des courants impulsionnels et présenter des caractéristiques antidaturation lors des phases transitoires de charge/décharge de la batterie ; des inductances compactes présentant un courant de saturation élevé sont donc nécessaires pour les systèmes d'ASI.
Les systèmes d'alimentation modulaires et distribués nécessitent des inductances répondant à des exigences normalisées et de conception hot-swap, avec des paramètres d'inductance strictement cohérents, capables de s'adapter à la dissipation thermique dans des espaces fermés, et une plage de température de fonctionnement étendue de -40 °C à +125 °C. Outre les inductances traditionnelles à forte intensité et les inductances intégrées, l'utilisation de la technologie TLVR peut améliorer la réponse transitoire des inductances.
Architecture et caractéristiques techniques de l'alimentation électrique des centres de données (basé sur des données en ligne)
3- Tendances de la demande en inductances pour centres de données
Avec la tendance à une puissance de calcul plus élevée, à une densité de puissance accrue, à des fréquences plus élevées et à une intégration plus poussée dans les équipements des centres de données, les inductances présentent les tendances de développement suivantes :
① Haute densité de puissance. La puissance croissante du matériel informatique des centres de données IA accroît la demande en inductances. Celles-ci doivent être capables de gérer une puissance plus élevée dans l'espace limité des équipements d'alimentation des serveurs et offrir également une meilleure résistance à haute température.
② Haute fréquence et faibles pertes. Les alimentations des centres de données utilisent de plus en plus des dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite tels que le GaN et le SiC. Les inductances doivent pouvoir supporter ces dispositifs haute fréquence tout en réduisant les pertes dans le noyau et en améliorant l'efficacité de conversion du système.
③ Miniaturisation et intégration. Dans les centres de données IA, les serveurs et les cartes accélérateurs IA intègrent de plus en plus d'unités de calcul dans un espace limité, ce qui nécessite la miniaturisation des composants, y compris des inductances. Cela exige à la fois une réduction de taille et une densité de puissance accrue.
④ Haute fiabilité. Les systèmes d'alimentation des centres de données fonctionnent en continu, et les pannes ou interruptions de courant ne sont pas tolérées. En plus d'adopter des conceptions redondantes et des alimentations électriques de secours, la fiabilité et la stabilité thermique des composants sont extrêmement élevées, et les inductances sélectionnées doivent également présenter une grande fiabilité.
4-Codaca Les inductances contribuent à améliorer l'efficacité de l'alimentation électrique des centres de données
En tant que fournisseur leader dans le secteur de la technologie des composants magnétiques, Codaca se spécialise dans la personnalisation de solutions de produits inductifs. Les inductances développées indépendamment par Codaca sont largement utilisées dans les serveurs d'intelligence artificielle, les alimentations électriques des centres de données et les équipements de communication.
Pour répondre aux exigences de haute performance des composants électroniques dans les alimentations des centres de données, Codaca a développé indépendamment une variété de gammes de produits, incluant des inductances à saturation élevée et à fort courant, des inductances moulées intégrées légères et à faibles pertes, des inductances de puissance pour montage en surface adaptées à un montage haute densité, des inductances de puissance à faible inductance, ainsi que des inductances haute fréquence et à fort courant. Les inductances Codaca offrent un courant de saturation allant jusqu'à 350 A, un rendement de conversion de puissance atteignant 98 %, et une température de fonctionnement maximale de 165 °C. Ces produits sont certifiés AEC-Q200 et conviennent à des environnements de fonctionnement exigeants et complexes.
Fort de ses compétences professionnelles en conception d'inductances et de solides capacités de fabrication et de test des produits, Codaca propose une large gamme d'inductances à faibles pertes, haut rendement et haute fiabilité destinées aux alimentations de serveurs, aux alimentations de systèmes UPS, etc., contribuant ainsi à améliorer l'efficacité globale des alimentations des centres de données.
Les modèles d'inductances recommandés pour les systèmes d'alimentation des centres de données sont les suivants :
Les inductances de puissance haute intensité de Codaca tel que CPEX /CPEA /CSBA /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE , caractérisées par un courant de saturation élevé, une faible résistance DC, une large plage de fréquence d'utilisation et une plage étendue de température de fonctionnement, répondent aux exigences des systèmes d'alimentation des centres de données en matière de courant de fonctionnement élevé, de faibles pertes à haute fréquence et de densité de puissance élevée.
Inducteurs de puissance moulés tel que CSAB /CSAG /CSHB /CSEB , dotées d'une structure moulée entièrement blindée, offrent de fortes performances anti-EMI, une faible résistance DC, un courant élevé et de faibles pertes dans le noyau, répondant ainsi aux exigences des systèmes d'alimentation des centres de données en termes de taille réduite de l'inductance, de fort courant et de performances anti-EMI.
Inductances de puissance CMS tel que SPRH /CSUS /CRHSM /SPQ /SPD /SPBL , dotées d'une structure magnétique blindée, offrant de fortes performances anti-EMI, de petites dimensions et adaptées à un montage haute densité.
Série CSHN d'inductances de puissance à faible inductance sont conçus pour l'alimentation des GPU. L'inductance CSHN, développée indépendamment par Codaca spécifiquement pour les alimentations de serveurs, présente une structure entièrement blindée, une forte résistance aux EMI et d'excellentes performances en polarisation continue. Notre série d'inductances haute fréquence et fort courant est spécialement conçue pour les applications d'alimentation à fort courant, offrant une grande capacité de stockage d'énergie, une résistance continue ultra-faible et des dimensions compactes, ce qui la rend adaptée aux VRM et aux régulateurs buck multiphases.
En outre, les inductances Codaca sont largement utilisées dans les commutateurs, routeurs, systèmes de stockage et systèmes de surveillance des centres de données, notamment des inductances forte intensité, des inductances intégrales, des inductances mode commun/montage en surface, et bien d'autres, toutes pouvant être personnalisées de manière flexible selon les besoins des clients. Pour plus de détails, veuillez contacter le service commercial de Codaca ou consulter le site web de Codaca.