Pada masa ini, pelaksanaan aplikasi AI yang dipercepat telah menyebabkan peningkatan ketara dalam penggunaan tenaga elektrik, secara langsung meningkatkan permintaan terhadap kuasa pusat data. Menurut data Agensi Tenaga Antarabangsa pada tahun 2023, penggunaan tenaga oleh pusat data global kini menyumbang lebih daripada 3% daripada penggunaan elektrik global, dan penggunaan kuasa puncak bagi satu pelayan GPU A100 telah melebihi 10kW. Peningkatan besar dalam penggunaan kuasa pusat data telah menimbulkan cabaran baharu kepada kualiti dan kuantiti bekalan kuasa. Sebagai salah satu komponen penting dalam litar kuasa pusat data, pemilihan induktor adalah penting untuk kecekapan penukaran serta kestabilan dan kebolehpercayaan operasi sistem kuasa pusat data.
1- Kategori Bekalan Kuasa Pusat Data dan Trend Perkembangan
Kuasa pusat data terutamanya merangkumi bekalan kuasa pelayan, bekalan kuasa tanpa gangguan (UPS), bekalan kuasa ATAU tinggi, bekalan kuasa beragihan/bekalan kuasa modular, dan lain-lain.
1.1 Bekalan Kuasa Pelayan
Dalam pelayan AI, GPU, CPU, dan cip pecutan AI mempunyai keperluan yang sangat tinggi terhadap kestabilan dan kecekapan bekalan kuasa. Pelayan biasanya menggunakan penukar DC-DC yang cekap untuk memberikan output voltan yang stabil, dan induktor merupakan komponen utama yang tidak dapat digantikan dalam penukar DC-DC.
Apabila belanjawan kuasa pelayan meningkat sementara isipadu kekal tetap, keperluan ketumpatan kuasa akan menjadi lebih ketat. Unit bekalan kuasa (PSU) pelayan yang dibangunkan baru kini telah meningkat sehingga hampir 100W/in³. Pada masa depan, kuasa pelayan akan berkembang ke arah ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, kecekapan penukaran yang lebih tinggi, dan pengurusan yang lebih pintar bagi memenuhi permintaan kuasa pengiraan yang semakin meningkat. Meningkatkan kecekapan penukar melalui evolusi topologi dan teknologi komponen adalah penyelesaian untuk mencapai ketumpatan kuasa yang tinggi.
1.2 Bekalan kuasa UPS
Bekalan kuasa tak terganggu UPS memainkan peranan penting dalam memastikan bekalan kuasa berterusan untuk pusat data. Apabila berlaku gangguan kuasa atau fluktuasi voltan pada bekalan elektrik bandar, UPS boleh serta-merta beralih ke mod kuasa bateri (bekalan kuasa tanpa henti), memastikan peralatan kritikal dalam pusat data (seperti pelayan, peranti storan, peranti rangkaian, dll.) tidak terjejas.
1.3 Bekalan Kuasa Arus Terus Voltan Tinggi
Sistem bekalan kuasa HVDC (arus terus voltan tinggi) menawarkan penjimatan tenaga yang ketara dalam aplikasi seperti pusat data. Memandangkan HVDC menghapuskan peringkat penukar dalam UPS tradisional (bekalan kuasa tak terganggu), kecekapan penukaran boleh mencapai lebih daripada 95%, secara berkesan mengurangkan penggunaan tenaga pusat data. Menurut data berkaitan, kecekapan bekalan kuasa HVDC adalah lebih daripada 5% lebih tinggi berbanding penyelesaian UPS tradisional. Selain itu, memandangkan HVDC tidak mempunyai penukar, masa purata antara kegagalan (MTBF) nya adalah lebih daripada 30% lebih tinggi berbanding UPS. Seiring permintaan pusat data yang semakin meningkat terhadap kecekapan tenaga, pengurangan pelepasan, dan kebolehpercayaan, permintaan pasaran terhadap bekalan kuasa HVDC akan terus berkembang.
1.4 Bekalan Kuasa DC Modul/Berkadar
Untuk menangani cabaran utama pusat data dari segi kebolehpercayaan tinggi, skala fleksibel, pengoptimuman kecekapan tenaga, dan kecekapan operasional dalam sistem kuasa, pelayan pusat data juga menggunakan sistem kuasa teragih yang direka secara modul. Bekalan kuasa modular tidak sahaja menyesuaikan secara dinamik dengan permintaan kuasa pengkomputeran, tetapi juga mencapai pengasingan kegagalan melalui seni bina berlebihan, meningkatkan kebolehpercayaan sistem. Selain itu, ia boleh menyesuaikan bilangan modul dalam talian secara dinamik berdasarkan beban sebenar untuk meningkatkan kecekapan operasi.
Gambarajah skematik aplikasi pusat data
2- Keperluan Induktor untuk Sistem Kuasa Pusat Data
Dalam sistem kuasa pusat data, induktor berfungsi sebagai komponen asas yang memainkan peranan penting. Dengan menggunakan prinsip aruhan elektromagnetik, induktor menghalang lenturan arus, menstabilkan output arus, dan memainkan peranan utama dalam proses penukaran kuasa, yang memberi kesan kepada kecekapan tenaga dan kestabilan sistem kuasa. Litar kuasa yang berbeza mempunyai keperluan yang berbeza terhadap induktor.
Dalam sistem kuasa AC, induktor terutamanya digunakan dalam litar pembetulan faktor kuasa (PFC) dan penapisan EMI. Induktor PFC mesti dapat menahan arus transien pada frekuensi tinggi (puluhan kHz hingga MHz) untuk mengelakkan kejenuhan teras. Induktor menggunakan bahan teras komposit logam, yang menunjukkan ciri-ciri elektrik seperti arus kejenuhan tinggi, kehilangan teras rendah, dan kestabilan suhu tinggi. Induktor yang digunakan untuk penapisan EMI perlu mempunyai keupayaan penekanan bunyi bising frekuensi tinggi, induktor mod sepunya mesti menekan bunyi bising dalam julat MHz, sambil juga menggunakan rekabentuk magnet bocor rendah untuk mengurangkan gangguan terhadap litar sensitif.
Sistem kuasa DC merangkumi dua senario: satu ialah sistem HVDC (arus terus voltan tinggi), dengan voltan tipikal 240V dalam konteks domestik semasa. Satu lagi ialah kuasa DC teragih (seperti bekalan langsung 48V). Kuasa arus terus voltan tinggi memerlukan induktor mempunyai ciri frekuensi tinggi, dengan frekuensi pensuisan mencapai tahap MHz, menggunakan teras magnet rendah kehilangan untuk menyokong penukaran DC-DC yang cekap. Induktor perlu direka bentuk untuk penebatan voltan tinggi bagi mengelakkan risiko kerosakan voltan tinggi. Induktor mesti mempunyai keupayaan membawa arus tinggi dan mengekalkan kenaikan suhu yang rendah di bawah keadaan kerja arus tinggi berterusan. Pada masa yang sama, induktor perlu memenuhi keperluan bagi kapasitans parasit yang rendah untuk mengurangkan isu resonans frekuensi tinggi. Bagi kuasa DC teragih, induktor dikehendaki mempunyai saiz yang kecil, ketumpatan kuasa yang tinggi, dan DCR rendah bagi mengurangkan keseluruhan kehilangan.
Induktor dalam sistem UPS terutamanya digunakan untuk penapisan keluaran penyongsang dan litar pengurusan cas/nyahcas bateri. Penapisan keluaran penyongsang memerlukan induktor menggunakan rekabentuk padat dengan ketumpatan kuasa tinggi, mampu mengendalikan arus melebihi 100A dalam ruang terhad sambil memenuhi keperluan penyinaran harmonik rendah. Kesan penapisan boleh dioptimumkan melalui penggunaan teras ferit yang dikombinasikan dengan rekabentuk lilitan berbilang lapisan. Induktor yang digunakan dalam bekalan kuasa UPS juga mesti dapat menahan arus denyut dan menunjukkan ciri anti-saturasi semasa cas/nyahcas transien bateri, oleh itu, induktor padat dengan arus saturasi tinggi diperlukan untuk sistem UPS.
Sistem kuasa modular dan teragih memerlukan induktor untuk memenuhi keperluan reka bentuk piawaian dan hot-swap, dengan parameter induktor yang sangat konsisten, mampu menyesuaikan diri dengan peresapan haba dalam ruang tertutup, dan julat suhu pengendalian diperluas hingga -40°C~+125°C. Selain induktor arus tinggi tradisional dan induktor integral, penggunaan teknologi TLVR boleh meningkatkan keupayaan sambutan transien induktor.
Seni Bina Kuasa Pusat Data dan Ciri Teknikal (Berdasarkan Data Dalam Talian)
3- Trend Permintaan Induktor Kuasa Pusat Data
Dengan trend ke arah kuasa pengkomputeran yang lebih tinggi, ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, frekuensi yang lebih tinggi, dan integrasi yang lebih besar dalam peralatan pusat data, induktor sedang menunjukkan trend pembangunan berikut:
① Ketumpatan kuasa tinggi. Peningkatan kuasa perkakasan komputasi pusat data AI menekankan kepentingan induktor. Induktor mesti mampu mengendalikan kuasa yang lebih tinggi dalam ruang terhad peralatan bekalan kuasa pelayan dan juga perlu menawarkan rintangan suhu tinggi yang lebih baik.
② Frekuensi tinggi dan kehilangan rendah. PSU pusat data semakin menggunakan peranti semikonduktor celah jalur lebar seperti GaN dan SiC. Induktor perlu menyokong peranti frekuensi tinggi ini sambil mengurangkan kehilangan teras dan meningkatkan kecekapan penukaran sistem.
③ Pengecilan dan pengamiran. Dalam pusat data AI, pelayan dan kad pemecut AI semakin mengintegrasikan lebih banyak unit pengiraan dalam ruang terhad, menjadikan pengecilan komponen termasuk induktor sebagai keperluan. Ini memerlukan saiz yang lebih kecil dan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi.
④ Kebolehpercayaan tinggi. Sistem kuasa pusat data beroperasi secara berterusan, dan gangguan kuasa atau masa henti tidak dapat diterima. Selain menggunakan rekabentuk berulang dan bekalan kuasa sandaran, kebolehpercayaan dan kestabilan suhu komponen adalah sangat tinggi, dan induktor yang dipilih juga mesti memiliki kebolehpercayaan yang tinggi.
4-Codaca Induktor Membantu Meningkatkan Kecekapan Bekalan Kuasa Pusat Data
Sebagai pembekal terkemuka teknologi komponen magnet dalam industri, Codaca mengkhususkan diri dalam penyelesaian produk induktor suai. Induktor yang dibangunkan secara bebas oleh Codaca digunakan secara meluas dalam pelayan AI, bekalan kuasa pusat data, dan peralatan komunikasi.
Untuk memenuhi keperluan prestasi tinggi komponen elektronik dalam bekalan kuasa pusat data, Codaca telah membangunkan secara bebas pelbagai lini produk, termasuk induktor arus tinggi dengan peneresatan tinggi, induktor bercetak bersepadu yang ringan dan berkehilangan rendah, induktor kuasa pemasangan permukaan yang sesuai untuk pemasangan berketumpatan tinggi, induktor kuasa induktans rendah, serta induktor frekuensi tinggi dan arus tinggi. Induktor Codaca menawarkan arus peneresan sehingga 350A, kecekapan penukaran kuasa sehingga 98%, dan suhu operasi sehingga 165°C. Produk-produk ini bersijil AEC-Q200 dan sesuai digunakan dalam persekitaran operasi yang keras dan kompleks.
Berdasarkan kemampuan rekabentuk induktor yang profesional serta keupayaan pengeluaran dan pengujian produk yang kukuh, Codaca menyediakan pelbagai induktor berkehilangan rendah, berkecekapan tinggi, dan boleh dipercayai tinggi untuk bekalan kuasa pelayan, bekalan kuasa UPS, dan lain-lain, membantu meningkatkan keseluruhan kecekapan bekalan kuasa pusat data.
Model induktor yang disyorkan untuk sistem kuasa pusat data adalah seperti berikut:
Induktor kuasa arus tinggi Codaca seperti CPEX /CPEA /CSBA /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE , yang menampilkan arus saturasi tinggi, rintangan DC rendah, julat frekuensi aplikasi yang luas, dan julat suhu operasi yang besar, memenuhi keperluan sistem kuasa pusat data terhadap arus operasi tinggi, kehilangan rendah pada frekuensi tinggi, dan ketumpatan kuasa tinggi.
Induktor kuasa terbentuk seperti CSAB /CSAG /CSHB /CSEB , dengan struktur perisai penuh bercetak, prestasi anti-EMI yang kuat, rintangan DC rendah, arus tinggi, dan kehilangan teras rendah, memenuhi keperluan sistem kuasa pusat data terhadap saiz induktor yang kecil, arus tinggi, dan prestasi anti-EMI.
Induktor kuasa pemasangan permukaan seperti SPRH /CSUS /CRHSM /SPQ /SPD /SPBL , yang menampilkan struktur perisai magnetik, prestasi anti-EMI yang kuat, saiz kecil, dan sesuai untuk pemasangan ketumpatan tinggi.
Induktor kuasa induktans rendah siri CSHN direka untuk bekalan kuasa GPU. Induktor CSHN, yang dibangunkan secara bebas oleh Codaca khusus untuk bekalan kuasa pelayan, menampilkan struktur perisai penuh, rintangan EMI yang kuat, dan keupayaan bias DC yang cemerlang. Siri induktor frekuensi tinggi dan arus tinggi kami direka khusus untuk aplikasi kuasa arus tinggi, menawarkan penyimpanan tenaga yang tinggi, rintangan DC ultra-rendah, dan saiz yang padat, menjadikannya sesuai untuk VRM dan pengatur buck pelbagai fasa.
Selain itu, induktor Codaca digunakan secara meluas dalam suis pusat data, penghala, sistem storan, dan sistem pemantauan, termasuk induktor arus tinggi, induktor integral, induktor mod sepunya/pasang permukaan, dan lain-lain, yang kesemuanya boleh disuaikan secara fleksibel mengikut keperluan pelanggan. Untuk maklumat lanjut, sila hubungi jualan Codaca atau layari laman web Codaca.
EN