EN
Тез сілтемелер
Жасанды интеллект жұмыс жүктемелерінің өте күшті өсуі серверлік қуат жүйелерінің жобалау талаптарын түбегейлі өзгертті. GPU, CPU және арнайы ЖИ үскорғыштар (xPU) бір қорапқа барынша көп транзисторларды орналастырған сайын, осы құрылғыларға берілетін борттық қуат розеткасына шаққанда жүздеген, тіпті мыңдаған ваттқа дейін көтерілді. Бұған қосымша, бұл процессорларға қуат беретін кернеу реттегіш модульдері (VRM) және жүктеме нүктесіндегі (PoL) түрлендіргіштер серверлер тарихындағы ешқашан болмаған деңгейде жоғары ток тығыздығы мен тез өту реакциясына ие болуға мәжбүрленуде.
Бұл күштік сатылардың әрқайсысының ортасында қарапайым болып көрінетін, бірақ шын мәнінде күрделі компонент — күштік индуктивтілік орналасқан. Индуктивтілік — бұл қарапайым тауарлық бөлшек емес; керісінше, ол ИИ-серверлердің күштік архитектурасын іске қосатын негізгі элементтердің бірі болып табылады, ал оны дұрыс таңдамаса — негізгі тежегіштердің біріне айналуы мүмкін. Бұл мақалада ИИ-серверлердегі күштік жеткізу қалай дамып келе жатқаны, осы даму индуктивтіліктерден қандай талаптар қоятыны, инженерлердің таңдау кезінде ең ұқыпты қарастыруы керек параметрлері және CODACA компаниясының CSBA мен CSHN сериялары сияқты арнайы әзірленген индуктивтілік отбасылары осы талаптарды практикада қалай орындайтыны қарастырылады.
Дәстүрлі серверлердегі күштік жолдар қатарынан төрт параллель бағытқа негізделген архитектураларға ауысуда:
◾Жоғары кернеудегі тұрақты ток тарату. Келешектегі ИИ-серверлердің көптеген жаңа ұяшықтары 12 В-тық дәстүрлі таратудың орнына 48 В-тық тұрақты ток шиналарына көшуін жоспарлайды; бұл кернеуді тақта деңгейінде төмендетуге дейін артқы пластан өтетін I²R шығындарын азайтады.
◾Таратылған жерде жүктеме түрлендіру. Орталықтандырылған түрлендіргіштің орнына қуат әрбір процессорға жақын орналасқан көптеген PoL сатылары арқылы реттеледі, әрқайсысы өзіндегі индуктивтік банкісімен.
◾Сандық басқару. Жылдам кері байланыс циклдары бар сандық PWM бақылаушылары түрлендіргіштерді GPU жұмыс жүктемелеріне тән экстремалды жүк қадамдарына жауап беруге мүмкіндік береді.
◾Ақылды қуат басқару. Телеметриялық деректерге негізделген қуат сатылары нақты уақыттағы жүк жағдайларына сәйкес фаза санын және қосу-өшіру әрекетін динамикалық түрде реттейді.
Әрбір құрылымдық өзгеріс индуктивтік элементтер үшін жаңа өнімділік талаптарын туғызады, сондықтан индуктивтік элементтерді таңдау — AI серверлеріндегі қуат беру жүйесінің негізгі дизайн шешімі болып табылады, ал оны қосымша ойланбауға болмайды. Неге индуктивтік элементтер AI серверлеріндегі қуат беруде маңызды?
Қуат индуктивтік элементтері чиптің қуат тізбегінің алдыңғы бөлігінде орналасады және AI есептеулерін орындайтын силиконға тұрақты, төмен деңгейдегі шулы ток береді. Олар AI серверіндегі қуат беру жолында бірнеше қызметті бір уақытта атқарады:
◾ Энергияны сақтау және кернеуді реттеу gPU, CPU және акселератор карталарын қоректендіретін buck, көпфазалы және TLVR түрлендіргіш топологияларында.
◾ Толқындың тегістелуі сондықтан жылдам қосылатын DC-DC кезеңдері көп шулы толқын емес, таза және тұрақты шығыс тогын береді, ол сезімтал цифрлық логиканың тұрақсыздығына әкелуі мүмкін.
◾ Сигналды сүзгілеу және шуды басу , мұнда ортақ режимдегі шоктар мен дифференциалды режимдегі индуктивтік элементтер конденсаторлармен бірге жұмыс істей отырып, бастапқы AC-DC кезеңінен жоғары жиілікті толқынды алып тастайды және жоғары жылдамдықты сигналдың бүтіндігін қорғайды.
Себебі индуктивтік элементтер AI серверінің әртүрлі энергия түрлендіру кезеңдерінде — стойканың деңгейіндегі AC-DC алдыңғы соңынан бастап процессордың 1 В-тан төменгі негізгі желісіне дейін — кеңінен қолданылады, олардың электрлік және жылулық сипаттамалары жалпы жүйенің тиімділігіне, тұрақтылығына және сенімділігіне өте күшті әсер етеді.
Дәстүрлі серверлерде қолданылатын индуктивтік элементтермен салыстырғанда, AI серверіндегі индуктивтік элементтер кеңінен қолданылатын және бір-бірімен байланысқан талаптар жиынын қанағаттандыруы керек:
2.1 Жоғары токпен жұмыс істеу үшін төмен DC кедергісі (DCR). Заманғы ИИ үскорғыштарының токты тарту деңгейі қатты көтерілді, сондықтан индуктивтік элементтер осы токты ең аз резистивтік шығынмен өткізуі керек. Жоғары DCR тікелей жоғары I²R жылуына алып келеді; егер бұл жылу тиімді басқарылмаса, магниттік материал бұзылуы мүмкін немесе индуктивтік элемент толығымен істен шығуы мүмкін, ол қуат шинасының тұрақтылығын қауп-қатерге ұшыратады. Сондықтан төмен DCR конструкциясын қосымша қажеттілік емес, алғашқы дизайн параметрі ретінде қабылдайды.
2.2 Төмен негізгі шығынмен жоғары жиілікті жұмыс істеу. ИИ серверлерінің қуат көздері әдетте 99%-ға жақын түрлендіру пайдалы әсер коэффициентімен белгіленеді. Қосқыш жиілігі аз көлемде көп қуатты өткізу үшін көтерілген сайын, магниттік материал мен орам геометриясы жоғары жиілікті жұмыс істеуге арнайы оптималдандырылмаса, негізгі және орам шығындары да бірге өседі.
2.3 Сапасын сақтай отырып, миниатюризациялау. AI серверінің ішіндегі тақта құрылғысының орны шектеулі, сондықтан қуат кезеңдерін процессорға мүмкіндігінше жақын орналастыру қажет, бұл паразитті индуктивтілікті азайтады. Бұл индуктивтік элементтердің дизайнерлерін жоғары тығыздықты магниттік материалдар мен бір бөліктен жасалған формаланған конструкцияларға ығысады — бұл орын ауданы мен биіктікті азайтады, бірақ токты өткізу қабілетін сақтайды, бұл жоғары тығыздықты беттік орналастыру үшін маңызды фактор.
◾ Ұзақ мерзімді жоғары сенімділік. AI серверлері тәулік бойы жоғары пайдалану режимінде жұмыс істейді. Бұл ортадағы индуктивтік элементтер ұзақ уақыт бойы электрлік және жылулық кернеулерге ұшырап отырғанда да электрлік сипаттамаларын тұрақты ұстап тұруы керек.
◾ Қатты ЭМИ тежеуі. Магниттік экранныланған құрылым ағынды компоненттің өзінде шектейді, бұл сәулеленетін кедергіні азайтады және жанасып тұрған жүйенің электромагниттік үйлесімділік талаптарын орындауына көмектеседі — бұл тақта деңгейіндегі қуат тығыздығы артқан сайын барынша маңызды қарастырылатын фактор.
AI serverler menen joğarı tıjılıqta esep beretin taqtağa arnalğan induktorlardı tanğan kезde mühendisler adettede ushı nегızgi elektrık parametrlerine—doymıs akımı, DCR menen temperaturanıń kóterilisі akımı—sınyqtıń basqa sapatlıq menen interfeŕens kriteriılerı arqılı qoldaw etiledi.
GPU jumysları jırtqy juk ózgerisleri menen tanımlanadı; juk ózgerisindegi akım ózgerisı (di/dt) 100 A/µs tartysında boluı mümkin. Eger induktor oshanda doymısqa ugraytırsa, induktivlik keskinten tomeneyedi, al konvertorınıń bасqaru tsiklı regulyatsiyaıyı jetıspesı mümkin, bu sistemnıń tұraqlılığın qosyp tursa. Ol sebepli AI serverlerdıń quvvat bloklarında doymıs akımı boyınsha zhańa akım deńgeı emes, tek qalıptasqan akım deńgeı de mańyzdy tanğau kriteriı bolıp tabyladı.
DCR — бұл мыс жоғалтуының негізгі себебі және, сол арқылы, түрлендіргіштің жалпы пайдалы әсер коэффициенті. Осы тиімділікпен тікелей байланысты болғандықтан, инженерлер көбінесе дәстүрлі дөңгелек сымнан жасалған индуктивтік элементтерге қарағанда жазық сымнан оралған индуктивтік элементтерді қолдануды ұнатады; жазық сымды конструкциялар дөңгелек сымды аналогтарымен салыстырғанда орналасу ауданын өзгертпей-ақ DCR-ді 30%-дан астамын төмендетеді, бұл тікелей төмен қуат жоғалтуы мен суықтыра жұмыс істеуге алып келеді.
AI серверлері жиі 24 сағат бойы толық жүктемеде жұмыс істейді, сондықтан жылулық шегі міндетті. Таңдау кезінде индуктивтік элементтің реттелген температураның көтерілуі бойынша тогы тізбектің ең жоғарғы үздіксіз жұмыс істеу тогынан асып кетуі керек, сонымен қатар ең нашар сыртқы орта жағдайлары мен ауа ағысы кезіндегі жобалау шегі сақталуы тиіс.
AI-serverlerdegi VRM ауысу жиіліктері ескі дизайндардағы шамамен 300 кГц-тен 1–3 МГц ауқымына және одан да жоғары деңгейге дейін өзгерді. Бұл тікелей салдары ретінде қажетті индуктивтілік мәні — сондықтан индуктордың физикалық өлшемі де — қатты төмендейді. Алайда, AI-serverлерге тән үлкен ток пен жоғары қуаттық тығыздық ортасында жоғары ауысу жиілігі орамның айнымалы ток потенциалын және өзегінің шығынын да арттырады, сондықтан жоғары жиіліктің артықшылығын жоғары жиілікте төмен шығын беретін магниттік материалмен қосып қолдану керек.
Бұл төрт негізгі параметрден басқа инженерлер магниттік экранның құрылымын, ұзақ мерзімді сенімділік деректерін және шектеулі аумақта қолжетімді қуаттық тығыздықты толық бағалауға кірістіреді. Шындығында, дұрыс индуктор — әрбір AI-serverдің қуат желісіндегі нақты жүк сипаттамасына, ток шамасына, ауысу жиілігіне және жылу ортасына сәйкес келетін, осы комбинацияға арналып жасалған өнім болып табылады.
AI серверіндегі қуат тізбегінің әртүрлі кезеңдері әртүрлі индуктивтік элементтердің құрылу технологияларын талап етеді:
◾ Жоғары токты қуат индуктивтік орауыштарын gPU, CPU және акселераторлық карталарға қуат берудің негізгі элементтері болып табылады; олар қатты қанықу тогының сипаттамасын, тұрақты жоғары токты тасымалдау мүмкіндігін (температураның аз өсуімен), жоғары жиіліктегі шығындардың қолайлы сипаттамасын және феррит немесе металл қорытпасының ұнтағы сияқты төмен шығынды магниттік материалдарды басымдыққа алады.
◾ Формалау қуат шоктары индуктивтік элементтің орамы мен өзегін магниттік ұнтақты қысу-формалау процесі арқылы толық біріктіреді, бұл магниттік ағынның саңылауларын азайтады және қанықу тогының сипаттамасын жақсартады. Бұл құрылым әдеттегі орамды индуктивтік элементтерге қарағанда әдетте жоғары қуаттық тығыздық пен күштірек ЭМИ тежеуін қамтамасыз етеді; ол қуатты DC-DC түрлендіргіштер мен CPU/GPU қуат шиналары үшін, онда тақтаның аумағы шектеулі болғанда, өте қолайлы.
◾ TLVR (Trans-Inductor Voltage Regulator) индуктивтік элементтері aI үскорғыштары үшін типтік төмен кернеу, жоғары ток және жылдам ауысу режимдерінде TLVR жобалауы өтпелі реакцияны жақсартуға, шығыс тербелісін төмендетуге және қажетті шығыс сыйымдылығын азайтуға мүмкіндік береді — бұл жүйелік деңгейде маңызды құн мен орын үнемдеу.
CODACA өз индуктивтік өнімдерін жоғарыда көрсетілген талаптарға негіздей отырып құрды: өзіндік магниттік қорытпалы тозаңды өзекшелер мен формаланған, бір бөлшек технологиясын дамытты; бұл технологиялар AI серверлері мен басқа да ақылды есептеу құрылғылары үшін үлкен ток, жоғары қанығу, жоғары жиілікте төмен шығын және кіші аумақты қажет етеді. Екі серия осы жобалау принциптерінің AI қуаттық шиналары үшін нақты компоненттерге қалай іске асатынын көрсетеді.
The CSBA сериясы cODACA компаниясының өзінің дамытқан қоспалы ұнтақты магниттік орталығының материалдары негізінде жасалған және тақта аумағы мен жоғары жиіліктегі тиімділік бірдей маңызды болатын қолданбаларға бағытталған:
The CSBA сериясы Тән қоспалы ұнтақты орталық – өте төмен орталық шығынымен, уақытша жүктемелер кезінде тұрақты жұмыс істеу үшін жұмсақ қанығу тогы сипаттамасымен, жоғары жиілікте төмен шығынмен, GaN негізіндегі қуат шешімдеріне сай. Төмен орталық шығыны мен күшті жоғары жиіліктегі қабілеттің үйлесімі CSBA сериясын заманауи AI серверлерінің VRM кезеңдерінде типтік жоғары жиіліктерде жұмыс істейтін DC-DC түрлендіргіштер мен ауыспалы реттегіштерге практикалық түрде сәйкес келтіреді, соның ішінде GaN негізіндегі қуат дизайны да кіреді.
5.2 CSHN сериясы Қалыптау қуаттылығы aI үскорытқыштары үшін
The CSHN сериясы aI процессорының кристалдық элементтеріне ең жақын орналасқан өте төмен кернеу мен жоғары ток желілері үшін қолданылатын формаланған қуатты индуктивтік орам. CSHN сериясы Индуктивтілік ауқымы 56–82 нГн аралығында, өкілдік бөлшектерде шамамен 0,19 мОм-ға дейін төмен болады. Өте төмен индуктивтілік мәні, ең төменгі DCR және компактты формалы қалыптаулы корпус ішіндегі жоғары ток көрсеткіші сипаттарына байланысты CSHN сериясы AI чипінің қуат модульдері үшін миниатюризация мен жоғары тығыздықта орналастыру талаптарына нақты бағытталған; сонымен қатар кеңейтілген жұмыс температурасы ақылды есептеу құрылғыларына тән тұрақты жылу жүктемесін қолдайды.
5.3 Индуктивті элементті қолданысқа сай таңдау
AI серверлерінің қуат желілерін жобалаушы инженерлер үшін практикалық қорытынды: индуктивті элементті таңдау «жоғары токты индуктивті элемент» деген жалпы іздеуден емес, белгілі бір желінің электрлік және жылулық сипаттамасынан басталуы керек:
◾Корпус немесе плата орналасқан жерлерде орын аз болса да, ток пен жиілік талаптары әлі де жоғары болса, компактты жоғары токты сериялар, мысалы, CSBA сериясы жақсы таңдау болып табылады.
◾AI чиптерін тікелей қоректендіретін, өте төмен кернеу, төмен индуктивтілік және үлкен токтық шиналар үшін — орын ауданы мен DCR-ды азайту ең маңызды болғанда — мысалы, CSHN сериясы формаланған чип индуктивтігі талаптарға жақсырақ сәйкес келеді.
◾Көпфазалы, жылдам ауысу GPU ядросы шиналары үшін TLVR негізіндегі индуктивтік өтпелі процестерге жауап беру қабілеті мен шығыс конденсаторларының саны бойынша жүйелік артықшылықтар ұсынуы мүмкін, ал бұл қасиетті дәстүрлі бір орамды индуктивтік қол жеткізе алмайды.
AI серверлеріндегі қуат беру жоғары кернеумен таратуға, таратылған жерде жүктемені түрлендіруге және миллион герцтік ауысу жиіліктеріне қарай айтарлықтай ығысқан — барлығы үнемі жоғары пайдалану режимінде жұмыс істейді. Бұл үйлесім индуктивтік қуат элементтерінен төмен DCR, жоғары қанықу тогы, төмен жоғары жиіліктік шығындар, компакт өлшем, күшті ЭМИ экранирлеу және ұзақ мерзімді сенімділік талап етеді.
Әр қуат шинасы үшін дұрыс индуктивтілік отбасысын және осы отбасының ішіндегі дұрыс модельді таңдау – енді қарапайым BOM шешімі емес, алайда AI-серверлердегі қуатты түрлендіру тиімділігін және жалпы жүйенің тұрақтылығын жақсартудың маңызды факторы болып табылады. CODACA компаниясының CSBA және CSHN сериялары сияқты арнайы әзірленген өнімдер жолы – сонымен қатар олардың бейнелейтін жоғары токты, формаланған және TLVR индуктивтілік технологиялары – AI есептеулерінің масштабы ұлғая берген сайын магниттік компоненттерді жасаушылардың осы талаптарға қалай әрекет ететінін көрсетеді.
Толық электрлік сипаттамалар, өлшемдік сызбалар және үлгілерді сұрау үшін өтіңіз CODACA компаниясының ресми веб-сайтына ：https://www.codaca.com.cn/.