EN
Snelle koppelingen
Momenteel heeft de versnelde implementatie van AI-toepassingen geleid tot een aanzienlijke toename van het stroomverbruik, wat direct heeft bijgedragen aan de groeiende vraag naar stroom voor datacenters. Volgens gegevens uit 2023 van het Internationale Agentschap voor Energie, verbruiken wereldwijde datacenters nu meer dan 3% van de mondiale elektriciteit, en het piekvermogen van een individuele A100 GPU-server is inmiddels hoger dan 10 kW. De sterke stijging van het stroomverbruik in datacenters stelt zowel de kwaliteit als de hoeveelheid van de stroomvoorziening voor nieuwe uitdagingen. Als één van de belangrijke componenten in de voedingsschakelingen van datacenters, is de keuze van spoelen van cruciaal belang voor de omzettingsrendement en operationele stabiliteit en betrouwbaarheid van stroomsystemen in datacenters.
1- Categorieën van stroomvoorziening voor datacenters en ontwikkelingstrends
Datacenterstroom omvat voornamelijk servers voedingen, UPS-ononderbroken stroomvoorzieningen, hoogspannings-DC-voedingen, gedistribueerde voedingen/modulaire voedingen, enz.
1.1 Servervoeding
In AI-servers hebben GPU's, CPU's en AI-acceleratorchips uiterst hoge eisen aan de stabiliteit en efficiëntie van de stroomvoorziening. Servers gebruiken doorgaans efficiënte DC-DC-converters om een stabiele voltage-uitgang te bieden, en spoelen zijn onmisbare sleutelcomponenten in DC-DC-converters.
Naarmate het stroombudget van servers toeneemt terwijl het volume gelijk blijft, zullen de eisen aan vermogensdichtheid nog strenger worden. Nieuw ontwikkelde serverstroomvoorzieningen (PSU's) zijn gestegen tot bijna 100 W/in³. In de toekomst zal de serverstroom evolueren naar hogere vermogensdichtheid, hogere omzettingsefficiëntie en slimmere beheersystemen om te voldoen aan de groeiende vraag naar rekenkracht. Het verbeteren van de efficiëntie van converters via evolutie van topologie en componenttechnologie is de oplossing voor het bereiken van hoge vermogensdichtheid.
1.2 UPS-voeding
UPS-ononderbroken voedingssystemen spelen een cruciale rol bij het waarborgen van een continue stroomvoorziening voor datacenters. Wanneer er een stroomuitval of spanningsfluctuaties zijn in de gemeentestroom, kan de UPS direct overschakelen naar accuvoeding (naadloze stroomvoorziening), zodat kritieke apparatuur in het datacenter (zoals servers, opslagapparaten, netwerkapparatuur, enz.) onverstoord blijft functioneren.
1.3 Hoogspanningsgelijkstroomvoeding
HVDC (high-voltage gelijkstroom) voedingssystemen bieden aanzienlijke energiebesparingen in toepassingen zoals datacenters. Omdat HVDC de omvormerfase van traditionele UPS-systemen (onderbrekingsvrije stroomvoorziening) elimineert, kan het omzetrendement meer dan 95% bedragen, waardoor het energieverbruik van datacenters effectief wordt verlaagd. Volgens relevante gegevens is het rendement van HVDC-voeding meer dan 5% hoger dan dat van traditionele UPS-oplossingen. Bovendien is de gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) van HVDC meer dan 30% hoger dan die van een UPS, omdat HVDC geen omvormer bevat. Naarmate datacenters steeds hogere eisen stellen aan energie-efficiëntie, emissiereductie en betrouwbaarheid, zal de marktvraag naar HVDC-voedingen blijven groeien.
1.4 Modulaire/gedistribueerde DC-voeding
Om de kernuitdagingen van datacenters op het gebied van hoge betrouwbaarheid, flexibele schaalbaarheid, optimalisatie van energie-efficiëntie en operationele efficiëntie in powersystemen aan te pakken, maken datacenterverservers ook gebruik van modulair ontworpen gedistribueerde powersystemen. Modulaire voedingen passen niet alleen dynamisch aan aan de rekenkrachtdoorstroming, maar realiseren ook foutisolatie via redundante architecturen, waardoor de systeembetrouwbaarheid wordt verbeterd. Daarnaast kunnen ze het aantal online modules dynamisch aanpassen op basis van de daadwerkelijke belasting om de operationele efficiëntie te verhogen.
Schematische weergave van datacenterapplicatie
2- Spoelvereisten voor datacenterpowersystemen
In datacenterstroomsystemen zijn spoelen fundamentele componenten met een belangrijke functie. Door het gebruik van het principe van elektromagnetische inductie voorkomen zij stroomfluctuaties, stabiliseren de stroomafgifte en vervullen zij een cruciale rol in de processen van energieomzetting, wat invloed heeft op de energie-efficiëntie en stabiliteit van het stroomsysteem. Verschillende stroomkringen hebben uiteenlopende eisen ten aanzien van spoelen.
In AC-stroomsystemen worden spoelen voornamelijk gebruikt in vermogensfactorcorrectie (PFC)-schakelingen en EMI-filters. PFC-spoelen moeten transiënte stromen bij hoge frequenties (tientallen kHz tot MHz) kunnen weerstaan om kernverzadiging te voorkomen. De spoelen maken gebruik van metalen composietkernmaterialen, die elektrische eigenschappen vertonen zoals hoge verzadigingsstroom, lage kerverliezen en hoge temperatuurstabiliteit. Spoelen die worden toegepast in EMI-filters moeten beschikken over vermogen om hoogfrequente ruis te onderdrukken; gemeenschappelijke-modus spoelen moeten ruis in het MHz-bereik onderdrukken, en tegelijkertijd een ontwerp met weinig lekflux hanteren om interferentie met gevoelige circuits te verlagen.
Het gelijkstroomsystem omvat twee scenario's: het ene is het HVDC-systeem (high-voltage DC), met een typische spanning van 240 V in de huidige binnenlandse context. Het andere is gedistribueerde gelijkstroomvoeding (zoals 48V directe voeding). Voor hoogspanningsgelijkstroom is het nodig dat spoelen beschikken over hoogfrequent eigenschappen, met schakelfrequenties tot niveau van MHz, waarbij gebruik wordt gemaakt van magnetische kernen met lage verliezen om efficiënte DC-DC-omzetting te ondersteunen. De spoelen moeten zijn ontworpen voor hoogspanningsisolutie om het risico op doorslag door hoge spanning te voorkomen. De spoelen moeten in staat zijn om hoge stromen te geleiden en een lage temperatuurstijging behouden onder continue werking bij hoge stroom. Tegelijkertijd moeten de spoelen voldoen aan de eis van lage parasitaire capaciteit om hoogfrequente resonantieproblemen te verminderen. Voor gedistribueerde gelijkstroomvoeding worden spoelen vereist die compact zijn, een hoge vermogensdichtheid hebben en een lage DCR (doorlaatweerstand) om de totale verliezen te beperken.
Spoelen in UPS-systemen worden voornamelijk gebruikt voor uitgangsfiltering van omvormers en circuits voor het beheer van opladen/ontladen van accu's. Voor uitgangsfiltering van omvormers zijn spoelen vereist met een compact ontwerp en hoge vermogensdichtheid, die stromen boven de 100 A kunnen verwerken op beperkte ruimte, terwijl ze voldoen aan eisen voor lage harmonische vervorming. Het filtereffect kan worden geoptimaliseerd door gebruik van ferrietkernen in combinatie met meervoudige wikkelingen. Spoelen die worden toegepast in UPS-voedingen moeten ook pulsstromen kunnen weerstaan en anti-verzadigingskenmerken vertonen tijdens transient opladen/ontladen van de accu; daarom zijn compacte spoelen met hoge verzadigingsstroom vereist voor UPS-systemen.
Modulaire en gedistribueerde voedingssystemen vereisen inductoren die voldoen aan genormaliseerde en hot-swap ontwerpvereisten, met strikt consistente inductorparameters, in staat om zich aan te passen aan warmteafvoer in afgesloten ruimtes, en een bedrijfstemperatuurbereik dat is uitgebreid tot -40°C~+125°C. Naast traditionele hoogstroominductoren en geïntegreerde inductoren kan het gebruik van TLVR-technologie de transientresponscapaciteit van inductoren verbeteren.
Voedingsarchitectuur en technische kenmerken van datacenters (gebaseerd op online gegevens)
3- Trends in vraag naar vermogensinductoren voor datacenters
Met de trend naar hogere rekenkracht, hogere vermogensdichtheid, hogere frequenties en grotere integratie in datacentertechnologie vertonen inductoren de volgende ontwikkelingstrends:
① Hoge vermogensdichtheid. De toenemende rekenkracht van AI-datacenterhardware zet de klemtoon op inductoren. Inductoren moeten hogere vermogens aankunnen binnen de beperkte ruimte van servervoedingen en betere bestendigheid tegen hoge temperaturen bieden.
② Hoge frequentie en lage verliezen. Datacentervoedingen maken steeds vaker gebruik van halfgeleiderapparaten met een breed bandgap, zoals GaN en SiC. Er wordt van inductoren verlangd dat ze deze hoogfrequente apparaten ondersteunen, terwijl kernverliezen worden gereduceerd en de systeemomzettingsefficiëntie wordt verbeterd.
③ Miniaturisering en integratie. In AI-datacenters worden servers en AI-acceleratorkaarten steeds vaker uitgerust met meer rekenunits binnen een beperkte ruimte, wat miniaturisering van componenten, inclusief inductoren, noodzakelijk maakt. Dit vereist zowel een kleinere afmeting als een hogere vermogendichtheid.
④ Hoge betrouwbaarheid. Datamiddelen stroomsystemen werken continu, en stroomonderbrekingen of uitval worden niet getolereerd. Naast het gebruik van redundante ontwerpen en back-upstroomvoorzieningen zijn de betrouwbaarheid en temperatuurstabiliteit van componenten uiterst hoog, en de geselecteerde spoelen moeten eveneens over hoge betrouwbaarheid beschikken.
4-Codaca Spoelen helpen de efficiëntie van stroomvoorziening in datacenters te verbeteren
Als een toonaangevende leverancier op het gebied van magnetische componententechnologie richt Codaca zich op het aanpassen van oplossingen voor spoelproducten. De door Codaca zelf ontwikkelde spoelen worden veel gebruikt in AI-servers, stroomvoorzieningen voor datacenters en communicatieapparatuur.
Om aan de hoge prestatie-eisen van elektronische componenten in voedingen voor datacenters te voldoen, heeft Codaca zelfstandig verschillende productlijnen ontwikkeld, waaronder hooggesaturatieerde, hoogstroomspoelen, spoelen met lage verliezen, lichtgewicht geïntegreerde gegoten spoelen, oppervlaktegemonteerde vermogensspoelen geschikt voor montage met hoge dichtheid, laaggeïnduceerde vermogensspoelen en hoogfrequente, hoogstroomspoelen. Codaca-spoelen bieden een verzadigingsstroom tot 350 A, een vermogen omzettingsefficiëntie tot 98% en een bedrijfstemperatuur tot 165 °C. Deze producten zijn gecertificeerd volgens AEC-Q200 en geschikt voor gebruik in zware en complexe bedrijfsomgevingen.
Op basis van professionele ontwerpcapaciteiten voor spoelen en sterke productie- en testmogelijkheden levert Codaca een breed scala aan spoelen met lage verliezen, hoge efficiëntie en hoge betrouwbaarheid voor servervoedingen, UPS-voedingen, enzovoort, en draagt hiermee bij aan de verbetering van de algehele efficiëntie van voedingen in datacenters.
Aanbevolen inductormodellen voor stroomsystemen in datacenters zijn als volgt:
Hoogstroom vermogensinductoren van Codaca zoals CPEX /CPEA /CSBA /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE , met hoge verzadigingsstroom, lage gelijkstroomweerstand, breed toepassingsfrequentiebereik en breed bedrijfstemperatuurbereik, voldoen aan de eisen die datacenterstroomsystemen stellen aan hoge bedrijfsstroom, hoogfrequente lage verliezen en hoge vermogensdichtheid.
Gemoduleerde power inductors zoals CSAB /CSAG /CSHB /CSEB , met geheel afgeschermde gegoten structuur, sterke anti-EMI-prestaties, lage gelijkstroomweerstand, hoge stroom en lage kernverliezen, voldoen aan de vereisten van datacenterstroomsystemen voor kleine inductorafmetingen, hoge stroom en anti-EMI-prestaties.
Oppervlaktegemonteerde vermogensinductoren zoals SPRH /CSUS /CRHSM /SPQ /SPD /SPBL , voorzien van een magnetische afscherminstructuur, sterke anti-EMI-prestaties, kleine afmetingen en geschikt voor montage met hoge dichtheid.
Vermogensinductoren met lage inductantie, serie CSHN zijn ontworpen voor de voeding van GPU's. De CSHN-spoel, zelfstandig ontwikkeld door Codaca specifiek voor servervoedingen, beschikt over een volledig afgeschermde structuur, sterke EMI-weerstand en uitstekende DC-biascapaciteit. Onze hoogfrequente, hoogstroom spoelserie is specifiek ontworpen voor hoogstroom voedingsapplicaties en biedt hoge energieopslag, uiterst lage gelijkstroomweerstand en een compacte afmeting, waardoor deze geschikt is voor VRM's en multi-fase buck-regelaars.
Daarnaast worden spoelen van Codaca veel gebruikt in datacenterswitches, routers, opslagsystemen en bewakingssystemen, inclusief hoogstroomspoelen, geïntegreerde spoelen, common-mode/surface mount-spoelen en meer, die allemaal flexibel kunnen worden aangepast aan klantbehoeften. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met de verkoopafdeling van Codaca of de website van Codaca bezoeken.