EN
Snabblänkar
För närvarande har den snabbare implementeringen av AI-applikationer lett till en betydande ökning av elförbrukningen, vilket direkt ökar efterfrågan på ström för datasentraler. Enligt Internationella energiorganets (IEA) data från 2023 utgör energiförbrukningen i globala datasentraler nu mer än 3 % av den totala globala elförbrukningen, och toppförbrukningen för en enskild A100 GPU-server har överstigit 10 kW. Den kraftiga ökningen av elförbrukningen i datasentraler har inneburit nya utmaningar gällande både kvalitet och kvantitet när det gäller strömförsörjning. Som en av de viktigaste komponenterna i datasentralers strömkretsar är valet av induktorer avgörande för omvandlingseffektiviteten samt drifthastighetens stabilitet och tillförlitlighet.
1- Kategorier för strömförsörjning i datasentraler och utvecklingstrender
Datacenterström inkluderar främst serverströmförsörjning, UPS (oavbruten strömförsörjning), likströmsförsörjning med hög spänning, distribuerad strömförsörjning/modulär strömförsörjning, etc.
1.1 Serverströmförsörjning
I AI-servrar har GPU:er, CPU:er och AI-acceleratorchips extremt höga krav på strömförsörjningens stabilitet och effektivitet. Servrar använder vanligtvis effektiva DC-DC-omvandlare för att tillhandahålla stabil spänningsutgång, och induktorer är oumbärliga nyckelkomponenter i DC-DC-omvandlare.
När serverströmförbrukningen ökar samtidigt som volymen hålls konstant kommer kraven på effekttäthet att bli ännu strängare. Nyligen utvecklade serverströmförsörjningsenheter (PSU) har ökat till nästan 100 W/in³. Framtiden kommer serverström att utvecklas mot högre effekttäthet, högre omvandlingseffektivitet och smartare hantering för att möta den växande efterfrågan på beräkningskraft. Att förbättra omvandlarens effektivitet genom utveckling av topologi och komponentteknik är lösningen för att uppnå hög effekttäthet.
1,2 UPS-strömförsörjning
UPS-avbrottsfria strömförsörjningar spelar en avgörande roll för att säkerställa kontinuerlig strömförsörjning till datacenter. När det uppstår strömavbrott eller spänningsfluktuationer i elnätet kan UPS:n omedelbart växla till batteridrift (avbrottsfri strömförsörjning), vilket säkerställer att kritisk utrustning i datacentret (till exempel servrar, lagringsenheter, nätverksutrustning etc.) inte påverkas.
1,3 Högspänd likströmsförsörjning
HVDC (högspänd likström) strömförsörjningssystem erbjuder betydande energibesparingar i tillämpningar såsom datacenter. Eftersom HVDC eliminerar växlingssteget i traditionella UPS-system (obrutet strömförsörjningssystem) kan omvandlingseffektiviteten nå över 95 %, vilket effektivt minskar energiförbrukningen i datacenter. Enligt relevanta uppgifter är effektiviteten för HVDC-strömförsörjning mer än 5 % högre än för traditionella UPS-lösningar. Dessutom är medelvärdet för tid mellan fel (MTBF) för HVDC över 30 % högre än för UPS, eftersom HVDC saknar växlingsenhet. När kraven från datacenter på högre energieffektivitet, minskade utsläpp och tillförlitlighet ökar kommer marknadens efterfrågan på HVDC-strömförsörjning att fortsätta växa.
1,4 Modulär/Fördelad DC-strömförsörjning
För att hantera datacentrens kärnproblem vad gäller hög tillförlitlighet, flexibel skalbarhet, optimering av energieffektivitet och driftseffektivitet i elförsörjningssystem, använder även datacentralsservrar distribuerade elsystem med moduluppbyggd design. Modulära strömförsörjningar anpassar inte bara dynamiskt till beräkningskraftens behov utan uppnår också feldetektering genom redundanta arkitekturer, vilket förbättrar systemets tillförlitlighet. Dessutom kan de dynamiskt justera antalet aktiva moduler baserat på faktisk belastning för att förbättra driftseffektiviteten.
Schematiskt diagram över datacenterapplikation
2 - Induktorkrav för datacenters energisystem
I datasentralers strömsystem är induktorer grundläggande komponenter med betydande funktioner. Genom att utnyttja principen om elektromagnetisk induktion förhindrar de strömfluktuationer,stabiliserar strömutgången och spelar en avgörande roll i processer för omvandling av elektrisk energi, vilket påverkar energieffektiviteten och stabiliteten i strömsystemet. Olika strömkretsar har varierande krav på induktorer.
I AC-el system används induktorer främst i effektfaktorkorrigering (PFC) kretsar och EMI-filtrering. PFC-induktorer måste tåla transienta strömmar vid höga frekvenser (tiotals kHz till MHz) för att förhindra kärmsättning. Induktorerna använder metallkompositkärnmaterial, vilka uppvisar elektriska egenskaper såsom hög mättningströmm, låga kärnförluster och hög temperaturstabilitet. Induktorer som används i EMI-filtrering måste ha förmåga att undertrycka brus vid höga frekvenser, där gemensamma modinduktorer måste kunna undertrycka brus i MHz-området, samtidigt som de har en design med lågt läckmagnetfält för att minska störningar mot känsliga kretsar.
DC-energisystemet inkluderar två scenarier: det ena är HVDC-systemet (likström med hög spänning), med en typisk spänning på 240 V i dagens inhemska sammanhang. Det andra är distribuerad likströmsförsörjning (till exempel 48 V direktförsörjning). Likström med hög spänning kräver induktorer med högfrekventa egenskaper, där switchningsfrekvenser når MHz-nivå, och använder magnetkärnor med låga förluster för att stödja effektiv DC-DC-omvandling. Induktorn måste dimensioneras för högspänningsisolation för att undvika risk för genombrott vid hög spänning. Induktorn måste ha förmågan att bära höga strömmar och bibehålla en låg temperaturstegring under kontinuerlig drift vid hög ström. Samtidigt måste induktorn uppfylla kraven på låg parasitkapacitans för att minska problem med högfrekvent resonans. För distribuerad likströmsförsörjning krävs det att induktorerna har liten storlek, hög effekttäthet och låg DCR för att minska totala förluster.
Induktorer i UPS-system används främst för filter vid inverterutgång och styrning av batteriladdnings- och urladdningskretsar. För filtrering vid inverterutgång krävs att induktorerna har en kompakt design med hög effekttäthet, kapabla att hantera strömmar över 100 A på begränsat utrymme samtidigt som de uppfyller krav på låg harmonisk distortion. Filterverkan kan optimeras genom användning av ferritkärnor kombinerade med flerskiktslindningsdesigner. Induktorer som används i UPS-strömförsörjning måste också tåla pulserande strömmar och visa anti-sättningsegenskaper vid transienta batteriladdnings- och urladdningsförlopp, varför kompakta induktorer med hög sättningsström krävs för UPS-system.
Modulära och distribuerade strömsystem kräver induktorer som uppfyller standardiserade och hot-swap-designkrav, med strikt konsekventa induktorparametrar, kapabla att anpassa sig till värmeavgivning i slutna utrymmen, och ett driftstemperaturområde utökat till -40°C~+125°C. Förutom traditionella högströmsinduktorer och integrerade induktorer kan användningen av TLVR-teknik förbättra induktorns transienta svarskapacitet.
Datacenters struktur- och teknikarkitektur (baserat på online-data)
3- Trender för efterfrågan på kraftinduktorer i datacenter
Med trenden mot högre beräkningskraft, högre effekttäthet, högre frekvenser och större integration i datacenterutrustning visar induktorer följande utvecklingstrender:
① Hög effekttäthet. Den ökande prestandan hos AI-datacenter beräkningsmaskinvara ställer höga krav på induktorer. Induktorer måste kunna hantera större effekt inom det begränsade utrymmet i serverns strömförsörjning och måste också erbjuda förbättrad temperaturmotstånd.
② Hög frekvens och låga förluster. Datacenter-PSU:er använder allt oftare halvledarapparater med bred bandgap, såsom GaN och SiC. Induktorer måste kunna stödja dessa högfrekventa enheter samtidigt som kärnförlusterna minskas och systemets omvandlingseffektivitet förbättras.
③ Miniatyrisering och integration. I AI-datacenter integreras allt fler beräkningsenhet i servern och AI-accelerator-kort inom begränsat utrymme, vilket kräver miniatyrisering av komponenter, inklusive induktorer. Detta innebär krav på både mindre storlek och högre effekttäthet.
④ Hög tillförlitlighet. Datacenterströmsystem fungerar kontinuerligt, och strömavbrott eller driftstopp tolereras inte. Förutom att man använder redundanta konstruktioner och reservkraftskällor krävs extremt hög tillförlitlighet och temperaturstabilitet hos komponenterna, och de valda induktanserna måste också ha hög tillförlitlighet.
4-Codaca Induktanser bidrar till förbättrad effektivitet i datacenterströmförsörjning
Som en ledande leverantör inom magnetkomponentteknik inom branschen specialiserar sig Codaca på anpassade lösningar för induktansprodukter. Codacas självutvecklade induktanser används brett inom AI-servrar, datacenterströmförsörjning och kommunikationsutrustning.
För att möta de högpresterande kraven på elektroniska komponenter i datacenterströmförsörjning har Codaca själv utvecklat ett brett utbud av produktserier, inklusive högsådda, högströmsinduktorer, lågförlustiga, lättviktiga integrerade formgjutna induktorer, ytbetäckande effektinduktorer lämpliga för tät montering, låginduktans-effektinduktorer samt högfrekventa, högströmsinduktorer. Codacas induktorer erbjuder en mättström på upp till 350 A, en effektkonverteringseffektivitet på upp till 98 % och en driftstemperatur på upp till 165 °C. Dessa produkter är AEC-Q200-certifierade och lämpar sig för användning i hårda och komplexa driftsmiljöer.
Med stöd av professionella induktordesignförmågor och stark tillverknings- och produktestkapacitet erbjuder Codaca ett brett utbud av lågförlustiga, högeffektiva och höggradigt tillförlitliga induktorer för serverströmförsörjning, UPS-strömförsörjning med mera, vilket bidrar till förbättrad total effektivitet i datacenterströmförsörjning.
Rekommenderade induktormodeller för datacenters strömsystem är följande:
Codacas kraftinduktorer för hög ström såsom CPEX /CPEA /CSBA /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE , som har hög mättningström, låg likströmsresistans, brett tillämpningsfrekvensområde och brett arbets temperaturområde, uppfyller kraven från datacenters strömsystem på hög driftström, högfrekventa låga förluster och hög effekttäthet.
Formade styrkainduktorer såsom CSAB /CSAG /CSHB /CSEB , med formad helavskärmad struktur, stark anti-EMI-prestanda, låg likströmsresistans, hög ström och låga kärnförluster, uppfyller kraven från datacenters strömsystem på liten induktorstorlek, hög ström och anti-EMI-prestanda.
Ytmonterade kraftinduktorer såsom SPRH /CSUS /CRHSM /SPQ /SPD /SPBL , som har magnetisk avskärmningsstruktur, stark anti-EMI-prestanda, liten storlek och lämpliga för tät montering.
Kraftinduktorer med låg induktans, serie CSHN är utformade för GPU-strömförsörjning. CSHN-induktorn, som utvecklats av Codaca specifikt för serverströmförsörjning, har en helt skärmad struktur, stark EMI-resistens och utmärkt DC-bias-förmåga. Vår högfrekventa, högströms induktorserie är speciellt utformad för högströms strömtillämpningar och erbjuder hög energilagring, extremt låg DC-motstånd och kompakt storlek, vilket gör den lämplig för VRM:er och multiphas buck-regulatorer.
Dessutom används Codacas induktorer brett inom datacenter-switchar, routrar, lagringssystem och övervakningssystem, inklusive högströmsinduktorer, integrerade induktorer, common-mode/yta-monterade induktorer och fler, alla kan anpassas flexibelt enligt kundens behov. För mer information, vänligen kontakta Codaca försäljning eller besök Codacas webbplats.