EN
SZYBKI DOSTĘP
Obecnie przyśpieszone wdrażanie aplikacji AI doprowadziło do znacznego wzrostu zużycia energii, co bezpośrednio wpływa na zwiększenie zapotrzebowania na moc dla centrów danych. Zgodnie z danymi Międzynarodowej Agencji Energii z 2023 roku, zużycie energii przez globalne centra danych stanowi obecnie ponad 3% całkowitego zużycia energii elektrycznej na świecie, a szczytowe zużycie mocy pojedynczego serwera GPU A100 przekracza 10 kW. Znaczny wzrost zużycia energii przez centra danych stwarza nowe wyzwania dotyczące zarówno jakości, jak i ilości dostaw energii. Jako jeden z ważnych komponentów obwodów zasilania centrów danych, wybór cewek odgrywa kluczową rolę w sprawności konwersji oraz stabilności i niezawodności działania systemów zasilania centrów danych.
1- Kategorie zasilania centrów danych i trendy rozwojowe
Zasilanie centrum danych obejmuje głównie zasilacze serwerów, UPS-y (źródła bezprzerwowego zasilania), zasilacze prądu stałego wysokiego napięcia, rozproszone zasilacze/zasilacze modułowe itp.
1.1 Zasilacz serwera
W serwerach AI jednostki GPU, CPU oraz specjalistyczne układy przyspieszające AI stawiają bardzo wysokie wymagania pod względem stabilności i efektywności zasilania. Serwery wykorzystują zazwyczaj wydajne konwertery DC-DC zapewniające stabilne napięcie wyjściowe, a dławiki są niezastąpionymi kluczowymi elementami w tych konwerterach.
W miarę jak budżet mocy serwerów rośnie przy niezmienionej objętości, wymagania dotyczące gęstości mocy będą jeszcze bardziej restrykcyjne. Nowo opracowane jednostki zasilające serwerów (PSU) osiągają już prawie 100 W/in³. W przyszłości zasilanie serwerów będzie się rozwijać w kierunku wyższej gęstości mocy, większej sprawności konwersji oraz inteligentniejszego zarządzania, aby sprostać rosnącym potrzebom obliczeniowym. Poprawa sprawności konwerterów poprzez rozwój topologii i technologii komponentów to klucz do osiągnięcia wysokiej gęstości mocy.
1.2 Zasilanie awaryjne UPS
Zasilacze awaryjne UPS odgrywają kluczową rolę w zapewnianiu ciągłości zasilania dla centrów danych. W przypadku przerwy w zasilaniu lub fluktuacji napięcia w sieci miejskiej, urządzenie UPS może natychmiast przełączyć się w tryb zasilania bateryjnego (ciągłe zasilanie bez przerwy), zapewniając nieprzerwaną pracę krytycznych urządzeń w centrum danych (takich jak serwery, urządzenia pamięci masowej, urządzenia sieciowe itp.).
1.3 Zasilanie prądem stałym wysokiego napięcia
Systemy zasilania prądem stałym wysokiego napięcia (HVDC) oferują znaczącą oszczędność energii w zastosowaniach takich jak centra danych. Ponieważ HVDC eliminuje etap falownika tradycyjnych UPS-ów (źródeł bezprzerwowego zasilania), sprawność konwersji może przekraczać 95%, skutecznie redukując zużycie energii w centrach danych. Zgodnie z odpowiednimi danymi, sprawność zasilaczy HVDC jest o ponad 5% wyższa niż w przypadku tradycyjnych rozwiązań UPS. Dodatkowo, ponieważ HVDC nie posiada falownika, średni czas między uszkodzeniami (MTBF) jest o ponad 30% wyższy niż w przypadku UPS. W miarę jak centra danych stawiają coraz wyższe wymagania dotyczące efektywności energetycznej, redukcji emisji oraz niezawodności, popyt rynkowy na zasilacze HVDC będzie dalej rosnąć.
1.4 Zasilanie prądem stałym modułowe/rozproszone
Aby rozwiązać podstawowe wyzwania związane z centrami danych, takie jak wysoka niezawodność, elastyczna skalowalność, optymalizacja efektywności energetycznej oraz wydajność operacyjna systemów zasilania, serwery centrów danych wykorzystują modułowe, rozproszone systemy zasilania. Zasilacze modułowe nie tylko dynamicznie dostosowują się do zapotrzebowania na moc obliczeniową, ale również osiągają izolację uszkodzeń poprzez architektury redundantne, zwiększając tym samym niezawodność systemu. Dodatkowo mogą one dynamicznie dostosowywać liczbę aktywnych modułów w zależności od rzeczywistego obciążenia, co poprawia wydajność pracy.
Schematyczny diagram zastosowania w centrum danych
2- Wymagania dotyczące dławików w systemach zasilania centrów danych
W systemach zasilania centrów danych induktory są podstawowymi komponentami odgrywającymi istotną rolę. Wykorzystując zasadę indukcji elektromagnetycznej, zapobiegają fluktuacjom prądu, stabilizują wyjście prądowe i odgrywają kluczową rolę w procesach konwersji mocy, wpływając na efektywność energetyczną oraz stabilność systemu zasilania. Różne obwody zasilania stawiają różne wymagania wobec induktorów.
W systemach prądu przemiennego induktory są głównie stosowane w obwodach korekcji współczynnika mocy (PFC) oraz w filtracji zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Induktory PFC muszą wytrzymywać prądy chwilowe przy wysokich częstotliwościach (kilkadziesiąt kHz do MHz), aby zapobiec nasyceniu rdzenia. Stosuje się w nich kompozytowe materiały rdzeniowe, które charakteryzują się takimi właściwościami elektrycznymi jak wysoki prąd nasycenia, niskie straty w rdzeniu i wysoka stabilność temperaturowa. Induktory stosowane w filtracji EMI muszą posiadać zdolność tłumienia zakłóceń o wysokiej częstotliwości; induktory wspólnego trybu muszą tłumić zakłócenia w zakresie MHz, jednocześnie stosując projekt o niskim rozproszeniu magnetycznym, aby zmniejszyć zakłócanie wrażliwych obwodów.
System prądu stałego obejmuje dwa scenariusze: jeden to system HVDC (prądu stałego o wysokim napięciu) o typowym napięciu 240 V w obecnym krajowym kontekście. Drugim jest rozproszony system prądu stałego (na przykład bezpośrednie zasilanie 48 V). Zasilanie prądem stałym o wysokim napięciu wymaga dławików o cechach wysokiej częstotliwości, przy częstotliwości przełączania dochodzącej do poziomu MHz, wykorzystujących rdzenie magnetyczne o niskich stratach, aby zapewnić wydajną konwersję DC-DC. Dławiki należy zaprojektować z uwzględnieniem izolacji wysokiego napięcia, aby uniknąć ryzyka przebicia wysokim napięciem. Dławiki muszą mieć możliwość przewodzenia dużych prądów i utrzymywania niewielkiego wzrostu temperatury w warunkach ciągłej pracy przy wysokim prądzie. Jednocześnie dławiki muszą spełniać wymóg niskiej pojemności pasożytniczej, aby zmniejszyć problemy związane z rezonansami wysokiej częstotliwości. W przypadku rozproszonego zasilania prądem stałym dławiki muszą charakteryzować się małymi wymiarami, wysoką gęstością mocy oraz niskim DCR, aby zmniejszyć całkowite straty.
Dławiki w systemach UPS są głównie stosowane do filtrowania wyjścia falownika oraz w obwodach zarządzania ładowaniem/rozładowaniem baterii. Filtrowanie wyjścia falownika wymaga dławików o kompaktowej konstrukcji i wysokiej gęstości mocy, zdolnych do przewodzenia prądów powyżej 100 A w ograniczonej przestrzeni, jednocześnie spełniając wymagania dotyczące niskich zniekształceń harmonicznych. Efekt filtracji można zoptymalizować poprzez zastosowanie rdzeni ferrytowych w połączeniu z wielowarstwowymi uzwojeniami. Dławiki stosowane w zasilaczach UPS muszą również wytrzymywać prądy impulsowe i charakteryzować się odpornością na nasycenie podczas przejściowych procesów ładowania/rozładowania baterii, dlatego dla systemów UPS wymagane są kompaktowe dławiki o wysokim prądzie nasycenia.
Modułowe i rozproszone systemy zasilania wymagają dławików spełniających ustandaryzowane wymagania projektowe oraz możliwość gorącego wymieniania (hot-swap), z ściśle spójnymi parametrami dławików, zdolnych do adaptacji do odprowadzania ciepła w zamkniętych przestrzeniach oraz zakresem temperatur pracy rozszerzonym do -40°C~+125°C. Oprócz tradycyjnych dławików wysokoprądowych i dławików całkowitych, wykorzystanie technologii TLVR może poprawić zdolność odpowiedzi przejściowej dławików.
Architektura zasilania centrów danych i cechy techniczne (na podstawie danych online)
3- Trendy zapotrzebowania na dławiki w centrach danych
Wraz z tendencją do większej mocy obliczeniowej, wyższej gęstości mocy, wyższych częstotliwości i większej integracji urządzeń w centrach danych, dławiki wykazują następujące trendy rozwojowe:
① Wysoka gęstość mocy. Rosnąca moc sprzętu obliczeniowego centrów danych AI stawia na czele priorytetu induktory. Induktory muszą być w stanie wytrzymać większą moc w ograniczonej przestrzeni urządzeń zasilających serwery oraz oferować lepszą odporność na wysokie temperatury.
② Wysoka częstotliwość i niskie straty. Zasilacze w centrach danych coraz częściej wykorzystują półprzewodnikowe urządzenia o szerokim przerwaniu pasmowym, takie jak GaN i SiC. Induktory muszą wspierać te wysokoczęstotliwościowe urządzenia, jednocześnie zmniejszając straty rdzenia i poprawiając sprawność konwersji systemu.
③ Miniaturyzacja i integracja. W centrach danych AI serwery oraz karty akceleratorów AI coraz częściej integrują więcej jednostek obliczeniowych w ograniczonej przestrzeni, co wymaga miniaturyzacji komponentów, w tym induktorów. Oznacza to konieczność zmniejszenia rozmiarów oraz zwiększenia gęstości mocy.
④ Wysoka niezawodność. Systemy zasilania centrów danych działają nieprzerwanie, a przestoje lub przerwy w zasilaniu są niedopuszczalne. Oprócz stosowania projektów nadmiarowych i zasilania rezerwowego, wymagana jest również bardzo wysoka niezawodność i stabilność temperaturowa komponentów, a wybrane cewki muszą cechować się dużą niezawodnością.
4-Codaca Cewki pomagają poprawić sprawność zasilania w centrach danych
Jako wiodący dostawca technologii komponentów magnetycznych, Codaca specjalizuje się w tworzeniu spersonalizowanych rozwiązań produktowych w zakresie cewek. Oferowane przez Codaca cewki, rozwijane we własnym zakresie, są powszechnie stosowane w serwerach sztucznej inteligencji, zasilaczach dla centrów danych oraz sprzęcie telekomunikacyjnym.
Aby spełnić wysokie wymagania dotyczące wydajności komponentów elektronicznych w zasilaczach centrów danych, Codaca samodzielnie opracowała różne linie produktów, w tym cewki o wysokiej nasycalności i dużym prądzie, cewki o niskich stratach, lekkie, całkowicie formowane, w obudowach do montażu powierzchniowego, odpowiednie do gęstego montażu, cewki mocy o niskiej indukcyjności oraz cewki wysokoczęstotliwościowe o dużym prądzie. Cewki Codaca charakteryzują się prądem nasycenia do 350 A, sprawnością konwersji mocy do 98% oraz temperaturą pracy do 165°C. Produkty te posiadają certyfikat AEC-Q200 i nadają się do użytku w trudnych i złożonych warunkach eksploatacyjnych.
Korzystając z profesjonalnych możliwości projektowania cewek oraz silnych kompetencji produkcyjnych i testowych, Codaca oferuje szeroką gamę cewek o niskich stratach, wysokiej sprawności i wysokiej niezawodności przeznaczonych do zasilaczy serwerów, systemów UPS itp., przyczyniając się do poprawy ogólnej efektywności zasilania w centrach danych.
Zalecane modele induktorów dla systemów zasilania centrów danych są następujące:
Wysokoprądowe induktory mocy firmy Codaca takie jak CPEX /CPEA /CSBA /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE , charakteryzujące się wysokim prądem nasycenia, niskim oporem stałoprądowym, szerokim zakresem częstotliwości zastosowania oraz dużym zakresem temperatur pracy, spełniają wymagania systemów zasilania centrów danych pod względem wysokiego prądu roboczego, niskich strat przy wysokiej częstotliwości i dużej gęstości mocy.
Formowane kondensatory mocy takie jak CSAB /CSAG /CSHB /CSEB , z wleczoną pełną osłoną magnetyczną, silną odpornością na EMI, niskim oporem DC, dużym prądem i niskimi stratami rdzenia, spełniają wymagania systemów zasilania centrów danych dotyczących małych rozmiarów induktora, dużego prądu i odporności na EMI.
Induktory mocy do montażu powierzchniowego takie jak SPRH /CSUS /CRHSM /SPQ /SPD /SPBL , cechujące się strukturą ekranowania magnetycznego, silną odpornością na EMI, małymi wymiarami i nadające się do gęstego montażu.
Induktory mocy o niskiej indukcyjności seria CSHN są przeznaczone do zasilania GPU. Cewka CSHN, rozwinięta niezależnie przez Codaca specjalnie dla zasilaczy serwerowych, charakteryzuje się całkowicie osłoniętą strukturą, silną odpornością na zakłócenia EMI oraz doskonałymi właściwościami przy obciążeniu prądem stałym. Nasza seria cewek wysokiej częstotliwości i dużego prądu została zaprojektowana specjalnie dla aplikacji wymagających dużego prądu, oferując wysoką pojemność magazynowania energii, ultra niski opór DC oraz kompaktowe rozmiary, co czyni ją odpowiednią dla VRM i wielofazowych regulatorów typu buck.
Dodatkowo cewki Codaca są powszechnie stosowane w przełącznikach centrów danych, routerach, systemach pamięci masowej i systemach monitorujących, w tym cewki dużego prądu, cewki integralne, cewki przeciwzakłóceniowe/SMD, a wszystkie mogą być elastycznie dostosowywane do potrzeb klientów. Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt z działem sprzedaży Codaca lub odwiedzenie strony internetowej Codaca.