EN
Snelle koppelingen
Met de snelle ontwikkeling van kunstmatige intelligentie en big datatechnologieën, nemen AI-servers, als rekenintensieve apparaten, cruciale taken waar in gebieden zoals cloudcomputing, diep leren, autonoom rijden en intelligente robots. De prestaties en stabiliteit van AI-servers zijn grotendeels afhankelijk van het ontwerp van hun voedingssystemen. Naarmate de eisen aan rekenkracht blijven stijgen, komen traditionele voedingsarchitecturen geleidelijk aan te kort om te voldoen aan de behoeften aan een efficiënte en stabiele stroomvoorziening, waardoor geavanceerde voedingsarchitecturen, zoals 48V gedistribueerde voeding, multiphase buck-omzetting en digitale regeling, zich geleidelijk ontwikkelen tot mainstreamoplossingen.
1- Belangrijkste voedingsarchitecturen van AI-servers
1.1 Gecentraliseerde voedingsarchitectuur
Traditionele gecentraliseerde voedingen maken gebruik van een enkele voedingsunit (PSU) om wisselstroom om te zetten in 12V gelijkstroom, die vervolgens via de moederbord wordt verdeeld over diverse belastingen. Zij hebben een uitgekristalliseerd ontwerp, zijn goedkoop en eenvoudig centraal te beheren. Echter, naarmate de rekenkracht van AI-servers toeneemt, worden hun nadelen duidelijk: het lange 12V-transmissiepad leidt tot een aanzienlijke stijging van geleidingsverliezen (I²R); de spanningsregulatiebandbreedte is beperkt, wat de dynamische reactiesnelheid beïnvloedt; het is moeilijk om nanoseconde-belastingvariaties van CPU/GPU aan te kunnen; de systeemredundantie is slecht, en bij uitval van één voedingsmodule kan het hele systeem vastlopen, waardoor betrouwbaarheid ontbreekt.
1.2 Gedistribueerde Voedingsarchitectuur (DPA)
Distributed power architectuur is uitgegroeid tot de voorkeur van grote AI-servers. De kern hiervan is het gebruik van een 48V tussenbus voeding. Voedingseenheden (PSU's) leveren 48V gelijkstroom en maken gebruik van de kenmerken van hoge transmissiespanning en lage transmissiestroom om energieverliezen in de distributiepaden aanzienlijk te verminderen. Dicht bij kerntaken zoals CPU's en GPU's worden Point-of-Load-converters (POL) geplaatst om 48V rechtstreeks om te zetten naar de benodigde lage spanningen (bijv. 0,8V–1,8V), waardoor een lokale en verfijnde stroomvoorziening wordt gerealiseerd, wat de snelheid van de transientrespons en de nauwkeurigheid van de spanningsregeling sterk verbetert.
48V Distributed Power Architectuur (Afbeeldingsbron: Internet)
1.3 Multifasen buck-conversie-architectuur
Het is de specifieke implementatieoplossing voor POL om extreem hoogvermogenbelastingen (zoals CPU's/GPU's) van stroom te voorzien. Door meerdere parallelle synchrone step-down circuits afwisselend te bedienen om een enkele processor van stroom te voorzien, biedt dit de volgende voordelen: vermindering van stroombelasting en thermische verliezen per fase na stroomdeling; effectieve gladstrijking van de uitgangsstroomrimpeling door gebruik van multi-fase interleave-bedrijf, waardoor de afhankelijkheid van ontkoppelcondensatoren wordt verminderd; en het dynamisch inschakelen/uitschakelen van het aantal fasen op basis van het stroomverbruik van de processor om efficiëntie bij lichte belasting te optimaliseren.
1.4 Digitale stroomregelarchitectuur
Door het vervangen van enkele analoge schakelingen door digitale signaalprocessoren (DSP's) of microcontrollers (MCU's), wordt intelligente stroombeheersing bereikt. Dit stelt niet alleen complexere en flexiblere regelalgoritmen in staat om de dynamische respons en energie-efficiëntie te optimaliseren, maar ondersteunt ook real-time bewaking, parameteraanpassingen, foutvoorspelling en afstandsbeheer (bijvoorbeeld op basis van PMBus/I2C-protocollen) via software. Geavanceerde ontwerpen gebruiken vaak een hybride modus van digitaal beheer + analoog snelle reactie, om zo een balans te vinden tussen intelligentie en snelheid.
1.5 Modulaire Voeding
Wordt veel gebruikt in AI-servers op datacenterniveau. Standaardiseerde stroommodules (zoals CRPS) ondersteunen hot-swap, N+1-redundantie en online onderhoud, waardoor een uiterst hoge beschikbaarheid van bedrijfsactiviteiten wordt gewaarborgd. Hun intelligente functies maken het mogelijk het aantal ingeschakelde modules dynamisch aan te passen op basis van de belastingomstandigheden, waardoor een inefficiënte werking onder lichte belasting wordt vermeden en de algehele energie-efficiëntie van datacenters aanzienlijk wordt verbeterd.
2- Uitdagingen voor inductoren door de evolutie van de AI-server-stroomvoorzieningsarchitectuur
Innovatie in de AI-server-energiearchitectuur heeft strengere prestatievereisten opgelegd aan inductoren, waardoor inductortechnologie gelijke tred houdt met de vooruitgang in het ontwerp van energie. De inductorproducten moeten aan de volgende eisen voldoen.
① De volgende parameters worden gebruikt: De huidige eisen van high-performance AI-servers zijn sterk toegenomen, wat vereist dat spoelen een hoge stroomdoorlaatcapaciteit en uitstekende thermische beheersing bezitten. Wanneer spoelen grote stromen voeren, wekken zij warmte op. Slechte warmteafvoer kan leiden tot prestatiedaling of zelfs uitval van het spoelmateriaal, waardoor de stabiliteit van de voeding wordt aangetast. Daarom is een ontwerp met lage gelijkstroomweerstand (DCR) een cruciale parameter geworden voor spoelen, die effectief energieverlies en opwarming vermindert, zodat de spoel uitstekende betrouwbaarheid kan tonen in toepassingen met hoge stroom.
② Hoge Frequentie, Geringe Verliezen: Moderne AI-servervoedingen vereisen een efficiëntie van 97% of zelfs 99%, waarbij inductortransformatoren een aanzienlijk deel van de verliezen in het systeem veroorzaken. Naarmate de frequenties voor vermogensomzetting blijven stijgen, moeten spoelen hoge frequentieprestaties combineren met hoge efficiëntie, waarbij wervelstroom- en hystereseverliezen tot een minimum worden beperkt. De toegenomen verliezen door hoogfrequente stromen vereisen een continue optimalisatie van materialen en structuren van spoelen om te voldoen aan de eisen van een breed frequentiebereik en hoge efficiëntie.
③ Verkleining en dunne constructie: AI-servers hebben beperkte interne ruimte, wat verdere verkleining van de spoelgrootte vereist zonder in te boeten op prestaties. Verkleining en dunne profielontwerpen zijn toekomstige trends in de ontwikkeling van spoelen. Door gebruik te maken van magnetische kernen met hoge dichtheid en geavanceerde spuitgietechnieken kunnen spoelen kleiner en lichter worden gemaakt, wat hoogdichtheidsmontage vergemakkelijkt en waardevolle PCB-ruimte bespaart. Daarnaast moeten deze ontwerpen een balans vinden tussen mechanische sterkte en thermische prestaties om prestatiedegradatie in complexe omgevingen te voorkomen.
④ Hoge Betrouwbaarheid: AI-servers werken doorgaans onder brede temperatuurbereiken en langdurige continue belasting. Spoelen moeten daarom goede temperatuurverdraagzaamheid en betrouwbare stabiliteit bezitten, en effectief bestand zijn tegen de invloed van hoge temperaturen en omgevingsveranderingen om continu en stabiel bedrijf van de apparatuur te garanderen.
⑤ EMI-prestaties: De magnetische afschermming kan de schade door elektromagnetische interferentie aan nabijgelegen componenten of signaallijnen effectief onderdrukken, waardoor wordt gewaarborgd dat de server zwakke signalen nauwkeurig verwerkt. Inductoren met een hoog EMI-prestatieniveau kunnen de elektromagnetische milieuvervuiling verminderen en de algehele anti-interferentiecapaciteit van het systeem verbeteren.
⑥ Geluidsarm ontwerp: Met de toenemende eisen voor geluidsbeheersing in servers, is ook het zoemend geluid van inductoren in beeld gekomen. Het zoemend geluid dat wordt veroorzaakt door trillingen van de inductor zelf, heeft invloed op het datacentermilieu en de gebruikerservaring. Vooral in serverzalen van grootschalige cloud datacenters mag het belang van een geruisloze ontwerp niet worden onderschat. Gevormde inductortechnologie en aanpassing van de resonantiefrequentie bieden effectieve oplossingen om zoemgeluid te verminderen, wat de milieuaanpassingsvermogen van servervoedingen aanzienlijk verbetert.
Kort samengevat, onderliggende componenten in AI-servervoedingssystemen staan voor meerdere uitdagingen, waaronder hoge stroom, kleine afmetingen, hoge frequentie, sterke interferentiebestendigheid, brede temperatuuraanpassing en lage ruis. Om te voldoen aan de strenge toepassingsvereisten onder nieuwe trends, is voortdurende vooruitgang noodzakelijk via materiaalinnovatie, structurele optimalisatie en procesverbeteringen.
3- Toepassing en selectieaanbevelingen voor spoelen in voedingen van AI-servers
Spoelen in voedingen van AI-servers vervullen meerdere functies zoals filteren, smoorspoelen, stabilisering van spanning en stroom, en het onderdrukken van ruis. Gezien de eisen in verband met prestaties en betrouwbaarheid van AI-servers in nieuwe trends, is de juiste keuze van de spoel van cruciaal belang. Codaca heeft zich gericht op hoogbetrouwbare inductieoplossingen en heeft meerdere hoogpresterende inductorproducten gelanceerd voor AI-servers en gerelateerde intelligente apparaten, waaronder categorieën zoals superhoogstroom vermogensinductoren, compacte hoogstroom vermogensinductoren en geperste laag-inductantie hoogstroominductoren.
Daaronder, de compacte hoogstroomkrachtinductor CSBA-reeks gebruikt het zelfontwikkelde magnetische poedermateriaal van Codaca, met uiterst lage kerverliezen, uitstekende zachte verzadigingsstroomkenmerken en hoogfrequente laagverlies eigenschappen. Het slanke ontwerp bespaart installatieruimte, waardoor het geschikt is voor montage met hoge dichtheid. Met een bedrijfstemperatuurbereik van -55℃ tot +170℃ kan het worden ingezet in omgevingen met hoge temperaturen. De CSBA-serie inductoren voldoet aan de prestatie-eisen van GaN-voedingen voor inductoren met hoogfrequent laagverlies, hoge vermogensdichtheid en breed temperatuurbereik, en wordt veel gebruikt in kernmodules zoals DC-DC-converters en schakelregelaars.
De gegoten spoelen van de CSHN-serie , speciaal ontworpen voor AI-toepassingen, gebruiken een gegoten structuur met uiterst lage brommende ruis. Zij kenmerken zich door zeer lage inductantie, extreem lage gelijkstroomweerstand, uitstekende zachte verzadigingseigenschappen en hoge stroomdoorlaatcapaciteit. De producten hebben een slank ontwerp om te voldoen aan de eisen van miniaturisering en hoogdichtheidverpakking voor AI-chips en voedingsmodules. Het bedrijfstemperatuurbereik is -40℃ tot +125℃, waarmee wordt voldaan aan de strenge eisen van intelligente rekenapparaten.
Bij het selecteren van componenten moeten ingenieurs rekening houden met de belastingskarakteristieken, stroom, afmetingen, bedrijfsfrequentie en koelomstandigheden van de AI-server om het meest geschikte spoelmodel te kiezen. Bijvoorbeeld in compacte serverbehuizingen met beperkte ruimte, zou de CSBA-serie compacte hoogstroom vermogensspoelen een ideale keuze zijn. Om te voldoen aan de eisen van AI-toepassingen voor lage inductantie, hoge stroom en kleine afmetingen, de AI-gegoten spoel CSHN-serie kan worden geselecteerd. Een correcte afstemming van hoogwaardige inductorproducten kan de vermogenomzettingsefficiëntie en systeemstabiliteit van AI-servers maximaliseren.