Dengan perkembangan pesat teknologi kecerdasan buatan dan data besar, pelayan AI, sebagai peranti yang memerlukan pengkomputeran intensif, menjalankan tugas-tugas kritikal dalam bidang seperti komputasi awan, pembelajaran mendalam, pemanduan autonomi, dan robot pintar. Prestasi dan kestabilan pelayan AI sebahagian besarnya bergantung kepada rekabentuk sistem kuasanya. Dengan permintaan kuasa pengkomputeran yang terus meningkat, seni bina kuasa tradisional secara beransur-ansur menghadapi kesukaran untuk memenuhi keperluan bekalan kuasa yang cekap dan stabil, menyebabkan munculnya secara beransur-ansur seni bina kuasa lanjutan, seperti bekalan kuasa teragih 48V, penukaran buck berfasa berganda, dan kawalan digital, sebagai penyelesaian utama.
1- Seni Bina Kuasa Utama Pelayan AI
1.1 Seni Bina Kuasa Berpusat
Bekalan kuasa terpusat tradisional menggunakan satu unit bekalan kuasa (PSU) untuk menukar kuasa AC kepada kuasa 12V DC, yang kemudian diedarkan kepada pelbagai beban melalui papan induk. Reka bentuknya sudah matang, kos rendah, dan mudah dikendalikan secara seragam. Namun, apabila kuasa pengiraan pelayan AI meningkat, kekurangannya menjadi jelas: laluan penghantaran 12V yang panjang menyebabkan peningkatan ketara dalam kehilangan konduksi (I²R); lebar jalur pengatur voltan terhad, menjejaskan kelajuan sambutan dinamik; sukar untuk menghadapi perubahan beban drastik pada tahap nanosaat oleh CPU/GPU; keboleharapan sistem rendah, kegagalan satu modul kuasa boleh menyebabkan seluruh sistem runtuh, kurang boleh dipercayai.
1.2 Seni Bina Kuasa Teragih (DPA)
Seni bina kuasa berterabur telah menjadi pilihan utama untuk pelayan AI berskala besar. Intipatinya menggunakan bekalan kuasa bas perantaraan 48V. PSU mengeluarkan kuasa 48V DC, memanfaatkan ciri voltan penghantaran tinggi dan arus penghantaran rendah untuk mengurangkan kehilangan tenaga dalam laluan pengagihan secara ketara. Berhampiran beban teras seperti CPU dan GPU, penukar Point-of-Load (POL) dipasang untuk menukar 48V secara langsung kepada voltan rendah yang diperlukan (contohnya, 0.8V-1.8V), mencapai bekalan kuasa setempat dan halus, yang sangat meningkatkan kelajuan sambutan transien dan ketepatan kawalan voltan.
seni Bina Kuasa Berterabur 48V (Sumber imej: Internet)
1.3 Seni Bina Penukaran Buck Berfasa Berganda
Ia merupakan penyelesaian pelaksanaan khusus untuk POL bagi memberi kuasa kepada beban berkuasa sangat tinggi (seperti CPU/GPU). Dengan mengendalikan secara bergilir beberapa litar buck sejajar selari untuk membekalkan kuasa kepada satu pemproses tunggal, kelebihannya termasuk: mengurangkan tekanan arus dan kehilangan haba setiap fasa selepas pembahagian arus; secara berkesan meratakan riak arus output melalui operasi saling-selang berbilang fasa, mengurangkan pergantungan kepada kapasitor penyahikatan; dan secara dinamik membolehkan/melumpuhkan bilangan fasa berdasarkan penggunaan kuasa pemproses untuk mengoptimumkan kecekapan beban ringan.
1.4 Senibina kawalan kuasa digital
Dengan menggantikan sesetengah litar analog dengan pemproses isyarat digital (DSPs) atau mikropemproses (MCUs), ia mencapai pengurusan kuasa yang pintar. Ia tidak sahaja membolehkan algoritma kawalan yang lebih kompleks dan fleksibel untuk mengoptimumkan sambutan dinamik dan kecekapan tenaga, tetapi juga menyokong pemantauan masa nyata, pelarasan parameter, ramalan kegagalan, dan pengurusan jauh (seperti berdasarkan protokol PMBus/I2C) melalui perisian. Reka bentuk lanjutan kerap menggunakan mod hibrid pengurusan digital + sambutan pantas analog, menyeimbangkan kecerdasan dan kelajuan.
1.5 Bekalan Kuasa Modular
Digunakan secara meluas dalam pelayan AI peringkat pusat data. Modul kuasa piawai (seperti CRPS) menyokong pertukaran panas, kelebihan N+1, dan penyelenggaraan atas talian, memastikan ketersediaan operasi perniagaan yang sangat tinggi. Fungsi pintar mereka membolehkan penyesuaian dinamik bilangan modul yang didayakan berdasarkan keadaan beban, mengelakkan operasi tidak cekap di bawah beban ringan, serta meningkatkan ketara kecekapan tenaga keseluruhan pusat data.
2- Cabaran yang Dihadapi oleh Induktor Akibat Evolusi Seni Bina Bekalan Kuasa Pelayan AI
Inovasi dalam seni bina kuasa pelayan AI telah memberikan keperluan prestasi yang lebih ketat terhadap induktor, mendorong teknologi induktor untuk mara selaras dengan kemajuan rekabentuk kuasa. Produk induktor mesti memenuhi tuntutan berikut.
① Rintangan DC Rendah: Tuntutan semasa terhadap pelayan AI prestasi tinggi telah meningkat secara ketara, memerlukan induktor memiliki kapasiti pengaliran arus yang kuat dan prestasi pengurusan haba yang cemerlang. Apabila induktor membawa arus besar, ia menghasilkan haba. Pembuangan haba yang kurang baik boleh menyebabkan penurunan prestasi atau malah kegagalan bahan induktor, menjejaskan kestabilan bekalan kuasa. Oleh itu, rekabentuk rintangan arus terus (DCR) yang rendah telah menjadi parameter penting bagi induktor, secara berkesan mengurangkan kehilangan tenaga dan kenaikan suhu, membolehkan induktor menunjukkan kebolehpercayaan yang cemerlang dalam aplikasi arus tinggi.
② Frekuensi Tinggi, Kehilangan Rendah: Bekalan kuasa pelayan AI moden menuntut tahap kecekapan sebanyak 97% atau malah 99%, dengan transformer induktor menyumbang kepada sebahagian besar kehilangan dalam sistem. Dengan frekuensi penukaran kuasa yang terus meningkat, induktor perlu menyeimbangkan prestasi frekuensi tinggi dengan kecekapan tinggi, meminimumkan kehilangan arus eddy dan histeresis. Kehilangan yang meningkat akibat arus frekuensi tinggi menuntut pengoptimuman berterusan bahan dan struktur induktor untuk memenuhi keperluan julat frekuensi yang luas dan kecekapan tinggi.
③ Reka bentuk miniatur dan nipis: Pelayan AI mempunyai ruang dalaman yang terhad, memerlukan pengurangan saiz induktor yang lebih lanjut sambil mengekalkan prestasi. Pengecilan dan reka bentuk profil nipis merupakan trend masa depan dalam pembangunan induktor. Melalui penggunaan bahan teras magnetik berketumpatan tinggi dan teknik pembentukan acuan maju, induktor boleh dibuat lebih kecil serta mengurangkan berat, memudahkan pemasangan berketumpatan tinggi dan secara efektif menjimatkan ruang PCB yang berharga. Selain itu, reka bentuk ini mesti menyeimbangkan kekuatan mekanikal dan prestasi haba untuk mengelakkan penurunan prestasi dalam persekitaran yang kompleks.
④ Kebolehpercayaan tinggi: Pelayan AI biasanya beroperasi di bawah julat suhu yang luas dan keadaan beban berterusan jangka panjang. Induktor perlu mempunyai kebolehsesuaian suhu yang baik dan kestabilan yang boleh dipercayai, mampu menahan kesan suhu tinggi dan perubahan persekitaran dengan berkesan bagi memastikan operasi peralatan yang berterusan dan stabil.
⑤ Prestasi EMI: Struktur perisai magnetik dapat berkesan menekan kerosakan gangguan elektromagnet terhadap komponen atau talian isyarat berdekatan, memastikan pemprosesan isyarat lemah oleh pelayan secara tepat. Induktor prestasi EMI tinggi boleh mengurangkan pencemaran alam sekitar elektromagnet dan meningkatkan keupayaan anti-gangguan keseluruhan sistem.
⑥ Reka Bentuk Bunyi Rendah: Dengan meningkatnya tuntutan kawalan hingar pelayan, bunyi dengung induktor juga menjadi tumpuan. Bunyi dengung yang dihasilkan oleh getaran induktor itu sendiri memberi kesan kepada persekitaran pusat data dan pengalaman pengguna. Terutamanya dalam bilik pelayan pusat data awan berskala besar, kepentingan rekabentuk bising rendah tidak boleh diabaikan. Teknologi induktor bercetak dan penyesuaian frekuensi resonan menyediakan penyelesaian berkesan untuk mengurangkan bunyi dengung, meningkatkan ketara kemampuan penyesuaian alam sekitar bekalan kuasa pelayan.
Secara ringkas, induktor menghadapi pelbagai cabaran dalam sistem kuasa pelayan AI, termasuk arus tinggi, saiz kecil, frekuensi tinggi, anti-gangguan yang kuat, penyesuaian suhu luas, dan bunyi bising rendah. Untuk memenuhi keperluan aplikasi yang ketat di bawah trend baharu, kemajuan berterusan melalui inovasi bahan, pengoptimuman struktur, dan peningkatan proses adalah perlu.
3- Aplikasi dan Cadangan Pemilihan Induktor dalam Bekalan Kuasa Pelayan AI
Induktor dalam bekalan kuasa pelayan AI menjalankan pelbagai fungsi seperti penapisan, galas, menstabilkan voltan dan arus, serta menekan bunyi bising. Bagi memenuhi keperluan prestasi tinggi dan kebolehpercayaan tinggi pelayan AI di bawah trend baharu, pemilihan induktor yang sesuai adalah sangat penting. Codaca telah memfokuskan pada penyelesaian induktor berkebolehhandalan tinggi dan telah melancarkan berbagai produk induktor prestasi tinggi untuk pelayan AI dan peranti pintar berkaitan, merangkumi pelbagai kategori seperti induktor kuasa arus sangat tinggi, induktor kuasa arus tinggi padat, dan induktor arus tinggi berintangan rendah bercetak.
Antaranya, induktor kuasa arus tinggi siri CSBA yang kompak menggunakan bahan teras magnet serbuk magnetik yang dibangunkan sendiri oleh Codaca, dengan ciri kehilangan teras yang sangat rendah, ciri arus saturasi lembut yang unggul, dan sifat kehilangan rendah frekuensi tinggi. Reka bentuk nipisnya menjimatkan ruang pemasangan, menjadikannya sesuai untuk keperluan pendawaian berketumpatan tinggi. Julat suhu operasi dari -55℃ hingga +170℃ membolehkannya menyesuaikan diri dengan persekitaran kerja suhu tinggi. Induktor siri CSBA memenuhi keperluan prestasi bekalan kuasa GaN untuk induktor dengan ciri kehilangan rendah frekuensi tinggi, ketumpatan kuasa tinggi, dan julat suhu luas, serta digunakan secara meluas dalam modul teras seperti penukar DC-DC dan pengatur suis.
The induktor terbentuk daripada siri CSHN , direka khusus untuk aplikasi AI, menggunakan struktur bercetak dengan bunyi dengung ultra-rendah. Ia menampilkan induktans ultra-rendah, rintangan DC yang sangat rendah, ciri saturasi lembut yang unggul, dan kapasiti pengaliran arus tinggi. Produk ini menggunakan reka bentuk nipis untuk memenuhi keperluan pengecilan dan pengepakan berketumpatan tinggi bagi cip AI dan modul kuasa. Julat suhu operasi adalah dari -40℃ hingga +125℃, memenuhi keperluan ketat peranti komputing pintar.
Apabila memilih komponen, jurutera perlu mengambil kira ciri beban, arus, saiz, frekuensi operasi, dan keadaan pendinginan pelayan AI untuk memilih model induktor yang paling sesuai. Sebagai contoh, dalam chasis pelayan padat dengan ruang terhad, Siri CSBA induktor kuasa arus tinggi padat akan menjadi pilihan ideal. Untuk memenuhi keperluan aplikasi AI dari segi induktans rendah, arus tinggi, dan saiz kecil, Induktor AI terbentuk siri CSHN boleh dipilih. Pemadanan yang betul produk induktor prestasi tinggi boleh memaksimumkan kecekapan penukaran kuasa dan kestabilan sistem pelayan AI.
EN