ปัจจุบัน การดำเนินการใช้งานปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่เร่งตัวขึ้น ส่งผลให้การบริโภคพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งโดยตรงแล้วทำให้ความต้องการพลังงานสำหรับศูนย์ข้อมูลเพิ่มสูงขึ้น ตามข้อมูลจากองค์กรพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) ปี 2023 การใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูลทั่วโลกคิดเป็นมากกว่า 3% ของการใช้ไฟฟ้าทั่วโลก และการใช้พลังงานสูงสุดของเซิร์ฟเวอร์ GPU รุ่น A100 แต่ละเครื่องได้เกินกว่า 10 กิโลวัตต์ไปแล้ว การเพิ่มขึ้นอย่างมากของการใช้พลังงานในศูนย์ข้อมูล ได้ก่อให้เกิดความท้าทายใหม่ๆ ทั้งในด้านคุณภาพและปริมาณของการจ่ายไฟ ในฐานะหนึ่งในส่วนประกอบสำคัญของวงจรจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูล การเลือกใช้อินดักเตอร์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน รวมถึงความเสถียรและความน่าเชื่อถือในการทำงานของระบบจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูล
1- ประเภทของแหล่งจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูลและแนวโน้มการพัฒนา
แหล่งจ่ายไฟสำหรับศูนย์ข้อมูลประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์, แหล่งจ่ายไฟแบบไม่หยุดทำงาน (UPS), แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงแรงดันสูง, แหล่งจ่ายไฟแบบกระจาย/แหล่งจ่ายไฟแบบโมดูลาร์ เป็นต้น
1.1 แหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์
ในเซิร์ฟเวอร์ AI ชิปประมวลผล GPU, CPU และชิปเร่งความเร็ว AI มีข้อกำหนดสูงมากเกี่ยวกับความมั่นคงและประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟ เซิร์ฟเวอร์โดยทั่วไปใช้ตัวแปลง DC-DC ที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าอย่างมั่นคง โดยอินดักเตอร์เป็นองค์ประกอบหลักที่ขาดไม่ได้ในตัวแปลง DC-DC
เมื่อวงเงินพลังงานของเซิร์ฟเวอร์เพิ่มขึ้นแต่ขนาดยังคงเท่าเดิม ข้อกำหนดด้านความหนาแน่นของพลังงานจะเข้มงวดมากยิ่งขึ้น หน่วยแหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์ (PSUs) ที่พัฒนาใหม่มีค่าความหนาแน่นพลังงานสูงถึงเกือบ 100 วัตต์ต่อลูกบาศก์นิ้ว ในอนาคต แหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์จะพัฒนาไปสู่ความหนาแน่นพลังงานที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพการแปลงที่ดีขึ้น และการจัดการที่ฉลาดขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวแปลงผ่านการพัฒนาเทคโนโลยีโทโพโลยีและชิ้นส่วนเป็นแนวทางแก้ไขในการบรรลุความหนาแน่นพลังงานสูง
1.2 อุปกรณ์จ่ายไฟแบบยูพีเอส
อุปกรณ์จ่ายไฟแบบยูพีเอส (UPS) มีบทบาทสำคัญในการรับประกันการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องสำหรับศูนย์ข้อมูล เมื่อเกิดไฟฟ้าดับหรือแรงดันไฟฟ้าผันผวนจากแหล่งจ่ายไฟหลัก ยูพีเอสสามารถสลับไปยังโหมดจ่ายไฟจากแบตเตอรี่ได้ทันที (การจ่ายไฟแบบไม่หยุดชะงัก) เพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์สำคัญในศูนย์ข้อมูล (เช่น เซิร์ฟเวอร์, อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล, อุปกรณ์เครือข่าย ฯลฯ) จะไม่ได้รับผลกระทบ
1.3 ระบบจ่ายไฟกระแสตรงแรงสูง
ระบบจ่ายไฟฟ้าแบบกระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) มีข้อดีในการประหยัดพลังงานอย่างมากในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น ศูนย์ข้อมูล เนื่องจาก HVDC ไม่จำเป็นต้องใช้สเตจอินเวอร์เตอร์ที่มีอยู่ใน UPS แบบดั้งเดิม (แหล่งจ่ายไฟสำรอง) ทำให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสามารถสูงได้ถึงกว่า 95% ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ประสิทธิภาพของระบบจ่ายไฟ HVDC สูงกว่าโซลูชัน UPS แบบดั้งเดิมมากกว่า 5% อีกทั้งเนื่องจาก HVDC ไม่มีอินเวอร์เตอร์ ค่าเฉลี่ยช่วงเวลาความล้มเหลว (MTBF) จึงสูงกว่า UPS มากกว่า 30% เมื่อความต้องการของศูนย์ข้อมูลเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในด้านประสิทธิภาพพลังงาน การลดการปล่อยมลพิษ และความน่าเชื่อถือ ความต้องการตลาดสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบ HVDC จะยังคงเติบโตต่อไป
1.4 ระบบจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแบบโมดูลาร์/กระจาย
เพื่อแก้ไขปัญหาหลักของศูนย์ข้อมูลในด้านความน่าเชื่อถือสูง การปรับขนาดได้อย่างยืดหยุ่น การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และประสิทธิภาพในการดำเนินงานของระบบไฟฟ้า เซิร์ฟเวอร์ศูนย์ข้อมูลจึงใช้ระบบจ่ายพลังงานแบบกระจายที่ออกแบบเป็นโมดูลาร์ แหล่งจ่ายไฟแบบโมดูลาร์ไม่เพียงแต่สามารถปรับตัวตามความต้องการด้านการประมวลผลได้อย่างมีพลวัต แต่ยังสามารถแยกข้อผิดพลาดออกได้ผ่านสถาปัตยกรรมสำรอง (redundant architectures) เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ นอกจากนี้ ยังสามารถปรับจำนวนโมดูลที่ทำงานอยู่ได้ตามภาระจริง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการดำเนินงาน
แผนภาพแสดงการประยุกต์ใช้งานศูนย์ข้อมูล
2- ข้อกำหนดของขดลวดเหนี่ยวนำสำหรับระบบจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูล
ในระบบจ่ายไฟของศูนย์ข้อมูล อินดักเตอร์ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่มีบทบาทสำคัญ โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า รักษาความเสถียรของการส่งออกกระแสไฟฟ้า และมีบทบาทสำคัญในกระบวนการแปลงพลังงาน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความมั่นคงของระบบจ่ายไฟ วงจรจ่ายไฟที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันต่ออินดักเตอร์
ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ อินดักเตอร์ถูกใช้เป็นหลักในวงจรปรับตัวประกอบกำลัง (PFC) และการกรองสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) อินดักเตอร์ที่ใช้ในวงจร PFC ต้องสามารถทนต่อกระแสชั่วขณะที่ความถี่สูง (หลายสิบ kHz ถึง MHz) เพื่อป้องกันแกนเหล็กอิ่มตัว อินดักเตอร์เหล่านี้ใช้วัสดุแกนแบบโลหะผสม ซึ่งมีคุณสมบัติทางไฟฟ้า เช่น กระแสอิ่มตัวสูง สูญเสียพลังงานในแกนต่ำ และมีความคงตัวที่อุณหภูมิสูง อินดักเตอร์ที่ใช้ในการกรองสัญญาณรบกวน EMI จำเป็นต้องมีความสามารถในการลดสัญญาณรบกวนความถี่สูง โดยเฉพาะอินดักเตอร์แบบคอมมอนโมดต้องสามารถลดสัญญาณรบกวนในช่วง MHz ได้ พร้อมทั้งออกแบบให้มีสนามแม่เหลือรั่วต่ำเพื่อลดการรบกวนกับวงจรที่ไวต่อสัญญาณ
ระบบจ่ายไฟแบบดีซีประกอบด้วยสองสถานการณ์ ได้แก่ หนึ่งคือระบบเอชวีดีซี (กระแสตรงแรงสูง) ที่มีแรงดันโดยทั่วไปอยู่ที่ 240V ในบริบทภายในประเทศปัจจุบัน อีกหนึ่งคือระบบจ่ายไฟดีซีแบบกระจาย (เช่น การจ่ายโดยตรงที่ 48V) ระบบจ่ายไฟแรงสูงแบบดีซีต้องการขดลวดเหนี่ยวนำที่มีคุณสมบัติความถี่สูง โดยความถี่ในการสลับจะอยู่ในระดับเมกะเฮิรตซ์ ใช้หัวใจแม่เหล็กที่มีการสูญเสียต่ำเพื่อรองรับการแปลงพลังงานดีซี-ดีซีอย่างมีประสิทธิภาพ ขดลวดเหนี่ยวนำจำเป็นต้องออกแบบให้มีฉนวนกันแรงดันสูง เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากการแตกตัวของแรงดันสูง ขดลวดเหนี่ยวนำต้องสามารถทนกระแสไฟฟ้าสูง และรักษาระดับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นต่ำภายใต้สภาวะการทำงานที่มีกระแสไฟฟ้าสูงอย่างต่อเนื่อง พร้อมกันนี้ ขดลวดเหนี่ยวนำต้องตอบสนองความต้องการเรื่องความจุรั่วต่ำ เพื่อลดปัญหาการสั่นสะเทือนที่ความถี่สูง ส่วนในระบบจ่ายไฟดีซีแบบกระจาย ขดลวดเหนี่ยวนำจะต้องมีขนาดเล็ก ความหนาแน่นของกำลังไฟสูง และดีซีอาร์ต่ำ เพื่อลดการสูญเสียโดยรวม
ตัวเหนี่ยวนำในระบบ UPS ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการกรองสัญญาณเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ และวงจรจัดการการชาร์จ/คายประจุของแบตเตอรี่ การกรองสัญญาณเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ ต้องการตัวเหนี่ยวนำที่มีการออกแบบกะทัดรัดพร้อมความหนาแน่นของกำลังไฟสูง สามารถจัดการกระแสไฟฟ้าได้เกิน 100A ในพื้นที่จำกัด ขณะเดียวกันก็ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการบิดเบือนฮาร์โมนิกต่ำ ประสิทธิภาพในการกรองสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการใช้แกนเฟอร์ไรท์ร่วมกับการออกแบบขดลวดแบบหลายชั้น ตัวเหนี่ยวนำที่ใช้ในแหล่งจ่ายไฟ UPS ยังต้องทนต่อกระแสไฟแบบพัลส์ และแสดงคุณสมบัติต้านทานการอิ่มตัวในระหว่างการชาร์จ/คายประจุชั่วคราวของแบตเตอรี่ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กที่มีกระแสไฟอิ่มตัวสูงสำหรับระบบ UPS
ระบบจ่ายพลังงานแบบมอดูลาร์และแบบกระจายต้องใช้ขดลวดเหนี่ยวนำเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดการออกแบบที่เป็นมาตรฐานและสามารถถอดเปลี่ยนขณะเปิดเครื่องได้ (hot-swap) โดยมีพารามิเตอร์ของขดลวดเหนี่ยวนำที่สอดคล้องกันอย่างเข้มงวด สามารถปรับตัวให้เข้ากับการระบายความร้อนในพื้นที่ปิดได้ และมีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ขยายออกไปถึง -40°C ถึง +125°C นอกจากขดลวดเหนี่ยวนำกระแสสูงแบบดั้งเดิมและขดลวดเหนี่ยวนำแบบอินทิกรัลแล้ว การใช้เทคโนโลยี TLVR ยังสามารถเพิ่มความสามารถในการตอบสนองชั่วคราวของขดลวดเหนี่ยวนำได้
สถาปัตยกรรมการจ่ายพลังงานศูนย์ข้อมูลและคุณลักษณะทางเทคนิค (อ้างอิงจากข้อมูลออนไลน์)
3- แนวโน้มความต้องการขดลวดเหนี่ยวนำสำหรับศูนย์ข้อมูล
ด้วยแนวโน้มของการประมวลผลที่มีกำลังสูงขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น ความถี่สูงขึ้น และการรวมระบบมากขึ้นในอุปกรณ์ศูนย์ข้อมูล ขดลวดเหนี่ยวนำจึงแสดงแนวโน้มการพัฒนาดังต่อไปนี้:
① ความหนาแน่นของพลังงานสูง การเพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์สำหรับศูนย์ข้อมูลปัญญาประดิษฐ์ (AI) ทำให้คอยล์เหนี่ยวนำ (inductors) มีความสำคัญมากยิ่งขึ้น ซึ่งต้องสามารถรองรับกำลังไฟที่สูงขึ้นภายในพื้นที่จำกัดของอุปกรณ์จ่ายไฟในเซิร์ฟเวอร์ และยังต้องมีความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีขึ้น
② ความถี่สูงและสูญเสียพลังงานต่ำ แหล่งจ่ายไฟ (PSUs) ในศูนย์ข้อมูลใช้อุปกรณ์กึ่งตัวนำช่องว่างกว้าง (wide-bandgap) เช่น GaN และ SiC มากขึ้น จึงจำเป็นต้องใช้คอยล์เหนี่ยวนำที่รองรับการทำงานกับอุปกรณ์ความถี่สูงเหล่านี้ ขณะเดียวกันก็ลดการสูญเสียแกนแม่เหล็ก (core losses) และเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของระบบ
③ การทำให้มีขนาดเล็กลงและการรวมวงจร ในศูนย์ข้อมูล AI เซิร์ฟเวอร์และการ์ดเร่งความเร็ว AI มีแนวโน้มรวมหน่วยประมวลผลจำนวนมากขึ้นภายในพื้นที่จำกัด จึงจำเป็นต้องทำให้ชิ้นส่วนต่างๆ เช่น คอยล์เหนี่ยวนำ มีขนาดเล็กลง ส่งผลให้ต้องลดขนาดลงพร้อมทั้งเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟ
④ ความน่าเชื่อถือสูง ระบบจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูลทำงานอย่างต่อเนื่อง และไม่สามารถยอมรับการหยุดชะงักหรือการปิดระบบได้ นอกเหนือจากการใช้การออกแบบแบบซ้ำซ้อนและแหล่งจ่ายไฟสำรองแล้ว ความน่าเชื่อถือและความมั่นคงของอุณหภูมิของชิ้นส่วนต่างๆ ต้องสูงมาก และตัวเหนี่ยวนำที่เลือกใช้จะต้องมีความน่าเชื่อถือสูงด้วย
4-Codaca ตัวเหนี่ยวนำช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูล
ในฐานะผู้จัดจำหน่ายชั้นนำด้านเทคโนโลยีชิ้นส่วนแม่เหล็ก Codaca เชี่ยวชาญในการให้บริการแก้ไขปัญหาผลิตภัณฑ์ตัวเหนี่ยวนำตามความต้องการเฉพาะ ตัวเหนี่ยวนำที่ Codaca พัฒนาขึ้นเองถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเซิร์ฟเวอร์ AI อุปกรณ์จ่ายไฟในศูนย์ข้อมูล และอุปกรณ์การสื่อสาร
เพื่อตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพสูงของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในแหล่งจ่ายไฟสำหรับศูนย์ข้อมูล Codaca ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์หลายรุ่นขึ้นเองอย่างอิสระ ซึ่งรวมถึงหม้อแปลงเหนี่ยวนำแบบอิ่มตัวสูงและกระแสสูง หม้อแปลงเหนี่ยวนำแบบสูญเสียพลังงานต่ำ น้ำหนักเบา และแบบแม่พิมพ์รวมที่ขึ้นรูปสำเร็จ หม้อแปลงเหนี่ยวนำกำลังแบบติดตั้งบนผิวเวอร์บอร์ดที่เหมาะกับการติดตั้งแบบความหนาแน่นสูง หม้อแปลงเหนี่ยวนำกำลังที่มีค่าเหนี่ยวนำต่ำ และหม้อแปลงเหนี่ยวนำที่ทำงานที่ความถี่สูงและกระแสสูง โดยหม้อแปลงเหนี่ยวนำของ Codaca มีค่ากระแสอิ่มตัวสูงสุดถึง 350A ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงสุดถึง 98% และสามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงสุดถึง 165°C ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน AEC-Q200 และเหมาะสมต่อการใช้งานในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงและซับซ้อน
ด้วยขีดความสามารถด้านการออกแบบหม้อแปลงเหนี่ยวนำโดยผู้เชี่ยวชาญ พร้อมทั้งศักยภาพการผลิตและการทดสอบผลิตภัณฑ์ที่แข็งแกร่ง Codaca จึงสามารถจัดหาหม้อแปลงเหนี่ยวนำที่มีการสูญเสียพลังงานต่ำ มีประสิทธิภาพสูง และมีความน่าเชื่อถือสูง สำหรับแหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์ แหล่งจ่ายไฟ UPS เป็นต้น เพื่อช่วยยกระดับประสิทธิภาพโดยรวมของระบบจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูล
รุ่นของขดลวดเหนี่ยวนำที่แนะนำสำหรับระบบจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูลมีดังนี้:
ขดลวดเหนี่ยวนำกำลังไฟสูงจาก Codaca เช่น CPEX /CPEA /ซีเอสบีเอ /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE ซึ่งมีคุณสมบัติกระแสอิ่มตัวสูง ความต้านทานกระแสตรงต่ำ ช่วงความถี่การใช้งานกว้าง และช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้าง สามารถตอบสนองความต้องการของระบบจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูลที่ต้องการกระแสทำงานสูง การสูญเสียต่ำที่ความถี่สูง และความหนาแน่นพลังงานสูง
อินดักเตอร์กำลังไฟฟ้าแบบหล่อขึ้นรูป เช่น CSAB /CSAG /CSHB /CSEB ซึ่งมีโครงสร้างปิดผนึกแบบมีเกราะกำบังเต็มรูปแบบ มีประสิทธิภาพต้านทาน EMI สูง ความต้านทานกระแสตรงต่ำ รองรับกระแสสูง และการสูญเสียแกนแม่เหล็กต่ำ สามารถตอบสนองข้อกำหนดของระบบจ่ายไฟในศูนย์ข้อมูลที่ต้องการขนาดขดลวดเล็ก รองรับกระแสสูง และมีคุณสมบัติต้านทาน EMI
ขดลวดเหนี่ยวนำกำลังไฟแบบติดตั้งบนพื้นผิว เช่น SPRH /CSUS /มูลนิธิคริสตศาสนธรรม /SPQ /SPD /SPBL ซึ่งมีโครงสร้างแม่เหล็กป้องกันแม่เหล็ก ประสิทธิภาพต้านทาน EMI สูง ขนาดเล็ก และเหมาะสำหรับการติดตั้งแบบความหนาแน่นสูง
ขดลวดเหนี่ยวนำกำลังไฟความเหนี่ยวนำต่ำ ซีรีส์ CSHN ได้รับการออกแบบมาเพื่อจ่ายไฟให้กับ GPU อินดักเตอร์ CSHN พัฒนาขึ้นเองโดย Codaca โดยเฉพาะสำหรับแหล่งจ่ายไฟในเซิร์ฟเวอร์ มีโครงสร้างป้องกันอย่างสมบูรณ์ ทนทานต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ได้ดี และมีความสามารถในการรองรับกระแสตรง (DC bias) ที่ยอดเยี่ยม ซีรีส์อินดักเตอร์ความถี่สูงและกระแสสูงของเราได้รับการออกแบบโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการกระแสไฟสูง ให้พลังงานเก็บสะสมสูง ความต้านทานกระแสตรงต่ำมาก และขนาดกะทัดรัด ทำให้เหมาะสำหรับ VRMs และตัวควบคุมแบบบักหลายเฟส
นอกจากนี้ อินดักเตอร์ของ Codaca ยังถูกใช้อย่างแพร่หลายในสวิตช์ศูนย์ข้อมูล รูเตอร์ ระบบจัดเก็บข้อมูล และระบบตรวจสอบต่างๆ รวมถึงอินดักเตอร์กระแสสูง อินดักเตอร์แบบครบวงจร อินดักเตอร์โหมดร่วม/แบบติดตั้งผิวเรียบ และอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งสามารถปรับแต่งได้อย่างยืดหยุ่นตามความต้องการของลูกค้า สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม กรุณาติดต่อฝ่ายขายของ Codaca หรือเยี่ยมชมเว็บไซต์ของ Codaca
EN