EN
Швидкі посилання
Наразі прискорене впровадження додатків штучного інтелекту призвело до значного зростання споживання електроенергії, що безпосередньо збільшує попит на електроживлення для центрів обробки даних. Згідно з даними Міжнародного енергетичного агентства за 2023 рік, споживання енергії глобальними центрами обробки даних зараз становить більше 3% від загального світового споживання електроенергії, а пікова потужність одного сервера з GPU A100 перевищує 10 кВт. Такий значний зріст споживання електроенергії центрами обробки даних створює нові виклики якості та кількості електропостачання. Оскільки індуктивності є одним із важливих компонентів електричних ланцюгів центрів обробки даних, вибір індукторів має вирішальне значення для ефективності перетворення та стабільності й надійності роботи систем електроживлення центрів обробки даних.
1- Категорії живлення центрів обробки даних та тенденції розвитку
Електроживлення центрів обробки даних включає в себе джерела живлення серверів, безперебійні джерела живлення (UPS), високовольтні джерела постійного струму, розподілені джерела живлення/модульні джерела живлення тощо.
1.1 Джерело живлення сервера
У серверах штучного інтелекту GPU, CPU та чіпи прискорення ШІ мають надзвичайно високі вимоги до стабільності та ефективності живлення. Зазвичай сервери використовують ефективні перетворювачі постійного струму (DC-DC) для забезпечення стабільної вихідної напруги, а індуктивності є обов'язковими ключовими компонентами в таких перетворювачах.
Оскільки бюджет потужності серверів зростає за незмінного об’єму, вимоги до густини потужності стануть ще суворішими. Нові розроблені блоки живлення серверів (PSU) досягли майже 100 Вт/дюйм³. У майбутньому живлення серверів розвиватиметься у бік ще більшої густини потужності, вищої ефективності перетворення та розумнішого управління, щоб задовольнити зростаючий попит на обчислювальну потужність. Підвищення ефективності перетворювачів шляхом удосконалення топології та технології компонентів — це шлях до досягнення високої густини потужності.
1.2 Джерело живлення UPS
Джерела безперебійного живлення UPS відіграють ключову роль у забезпеченні постійної подачі електроживлення для дата-центрів. Коли відбувається відключення електропостачання або коливання напруги в міській мережі, UPS може миттєво перемкнутися в режим живлення від акумулятора (безперебійне живлення), забезпечуючи стабільну роботу критичного обладнання в дата-центрі (наприклад, серверів, пристроїв зберігання даних, мережевого обладнання тощо).
1.3 Джерело живлення постійного струму високої напруги
Системи живлення постійним струмом високої напруги (HVDC) забезпечують значну економію енергії в таких застосунках, як центри обробки даних. Оскільки HVDC усуває етап інвертора в традиційних ІБЖ (джерелах безперебійного живлення), коефіцієнт корисної дії перетворення може досягати понад 95%, що ефективно зменшує споживання енергії в центрах обробки даних. Згідно з відповідними даними, ефективність живлення HVDC на понад 5% вища, ніж у традиційних рішеннях ІБЖ. Крім того, оскільки в системах HVDC немає інвертора, середній час напрацювання на відмову (MTBF) перевищує аналогічний показник ІБЖ більш ніж на 30%. Оскільки центри обробки даних продовжують пред'являти вищі вимоги до енергоефективності, скорочення викидів та надійності, попит на джерела живлення HVDC буде продовжувати зростати.
1.4 Модульне/Розподілене джерело постійного струму
Щоб вирішити основні проблеми центрів обробки даних щодо високої надійності, гнучкої масштабованості, оптимізації енергоефективності та ефективності роботи енергетичних систем, сервери центрів обробки даних також використовують модульні розподілені енергетичні системи. Модульні джерела живлення не лише динамічно адаптуються до потреб у обчислювальній потужності, але й забезпечують ізоляцію відмов завдяки надлишковій архітектурі, підвищуючи таким чином надійність системи. Крім того, вони можуть динамічно регулювати кількість підключених модулів залежно від фактичного навантаження для підвищення ефективності роботи.
Схематична діаграма застосування центру обробки даних
2- Вимоги до індуктивностей для енергетичних систем центрів обробки даних
У системах електроживлення центрів обробки даних індуктивності є основними компонентами, які відіграють важливу роль. Використовуючи принцип електромагнітної індукції, вони запобігають коливанням струму, стабілізують вихідний струм і відіграють ключову роль у процесах перетворення енергії, впливаючи на енергоефективність та стабільність системи живлення. Різні силові схеми мають різні вимоги до індуктивностей.
У системах змінного струму індуктивності використовуються переважно в схемах корекції коефіцієнта потужності (PFC) та для фільтрації електромагнітних перешкод (EMI). Індуктивності в схемах PFC мають витримувати перехідні струми на високих частотах (десятки кГц до МГц), щоб запобігти насиченню осердя. Для цього використовуються композитні металеві матеріали осердь, які мають такі електричні характеристики, як високий струм насичення, низькі втрати в осерді та висока стабільність при високих температурах. Індуктивності, що застосовуються для фільтрації електромагнітних перешкод, повинні мати здатність пригнічувати високочастотні шуми; диференційні індуктивності мають пригнічувати шуми в діапазоні МГц, а також використовувати конструкцію з низьким рівнем витоку магнітного поля, щоб зменшити перешкоди чутливим ланцюгам.
Система постійного струму включає два сценарії: перший — це система HVDC (високовольтний постійний струм) з типовим напругою 240 В у сучасному вітчизняному контексті. Другий — розподілена система постійного струму (наприклад, безпосереднє живлення 48 В). Для високовольтного постійного струму потрібні котушки індуктивності з високочастотними характеристиками, з частотами перемикання на рівні МГц, які використовують магнітопроводи з низькими втратами для підтримки ефективного перетворення DC-DC. Котушки індуктивності мають бути спроектовані з високовольтною ізоляцією, щоб уникнути ризику пробою високою напругою. Індуктивності повинні мати здатність пропускати великі струми та зберігати низький підйом температури в умовах тривалої роботи при високих струмах. У той же час, індуктивності мають відповідати вимогам щодо низької паразитної ємності, щоб зменшити проблеми високочастотного резонансу. Для розподіленого живлення постійним струмом індуктивності повинні мати невеликі габарити, високу густину потужності та низький DCR для зменшення загальних втрат.
Індуктивності в системах безперебійного живлення використовуються переважно для фільтрації вихідного сигналу інвертора та керування ланцюгами заряду/розряду акумулятора. Для фільтрації вихідного сигналу інвертора потрібні індуктивності компактної конструкції з високою потужністю, здатні працювати зі струмами понад 100 А у обмеженому просторі та задовольняти вимоги щодо низьких гармонійних спотворень. Ефект фільтрації можна оптимізувати за допомогою використання феритових осердь у поєднанні з багатошаровими схемами намотування. Індуктивності, що використовуються в джерелах живлення UPS, також повинні витримувати імпульсні струми та мати антинасичувальні характеристики під час перехідного заряду/розряду акумулятора, тому для систем UPS необхідні компактні індуктивності з високим струмом насичення.
Модульні та розподілені енергетичні системи вимагають використання котушок індуктивності, які відповідають стандартизованим вимогам конструювання з підтримкою гарячої заміни, мають строго узгоджені параметри індуктивності, здатні працювати в умовах відведення тепла в замкнених просторах та забезпечують розширений діапазон робочих температур від -40°C до +125°C. Окрім традиційних високострумових та цільних котушок індуктивності, застосування технології TLVR може покращити швидкодію котушок.
Архітектура живлення центрів обробки даних та їхні технічні характеристики (на основі онлайн-даних)
3- Тенденції попиту на котушки індуктивності для центрів обробки даних
У зв’язку з тенденцією до збільшення обчислювальної потужності, щільності потужності, робочих частот та рівня інтеграції обладнання центрів обробки даних, котушки індуктивності демонструють такі тенденції розвитку:
① Висока густина потужності. Зростання потужності апаратного забезпечення обчислювальних центрів штучного інтелекту зумовлює підвищений попит на котушки індуктивності. Котушки мають бути здатні витримувати більшу потужність у межах обмеженого простору обладнання блоків живлення серверів, а також пропонувати покращену стійкість до високих температур.
② Висока частота та низькі втрати. У блоках живлення дата-центрів все частіше використовуються напівпровідникові прилади з широким забороненим зазором, такі як GaN і SiC. Котушки індуктивності мають підтримувати ці високочастотні пристрої, одночасно зменшуючи втрати в осердях і підвищуючи ефективність перетворення системи.
③ Мініатюризація та інтеграція. У дата-центрах штучного інтелекту сервери та карти-прискорювачі ШІ все більше інтегрують додаткові обчислювальні модулі в обмеженому просторі, що потребує мініатюризації компонентів, у тому числі й котушок індуктивності. Це вимагає як зменшення розмірів, так і збільшення густини потужності.
④ Висока надійність. Системи електроживлення центрів обробки даних працюють безперервно, і вимкнення живлення або простої недопустимі. Крім використання надлишкових конструкцій і резервних джерел живлення, надзвичайно висока надійність і температурна стабільність компонентів, а також обрані індуктивності повинні мати високу надійність.
4-Codaca Індуктивності допомагають підвищити ефективність блоків живлення центрів обробки даних
Як провідний постачальник технологій магнітних компонентів, Codaca спеціалізується на створенні індивідуальних рішень для індуктивностей. Самостійно розроблені індуктивності Codaca широко використовуються в серверах штучного інтелекту, джерелах живлення центрів обробки даних та телекомунікаційному обладнанні.
Щоб відповідати високим вимогам до електронних компонентів у джерелах живлення центрів обробки даних, Codaca самостійно розробила різноманітні серії продуктів, у тому числі індуктивності з високим насиченням та високим струмом, індуктивності з низькими втратами, легкі, інтегровані литі котушки, поверхнево-монтовані силові індуктивності, придатні для високощільного монтажу, індуктивності з низькою індуктивністю, а також високочастотні індуктивності з високим струмом. Індуктивності Codaca забезпечують струм насичення до 350 А, ефективність перетворення енергії до 98% та робочу температуру до 165°C. Ці продукти мають сертифікацію AEC-Q200 і придатні для використання в жорстких та складних умовах експлуатації.
Завдяки професійним можливостям у проектуванні індуктивностей та потужним виробничим і тестувальним можливостям, Codaca пропонує широкий спектр індуктивностей з низькими втратами, високою ефективністю та високою надійністю для джерел живлення серверів, джерел безперебійного живлення тощо, сприяючи підвищенню загальної ефективності систем електроживлення центрів обробки даних.
Рекомендовані моделі індукторів для систем електроживлення дата-центрів є наступними:
Високострумові силові індуктори Codaca такі як CPEX /CPEA /CSBA /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE , які характеризуються високим струмом насичення, низьким опором постійного струму, широким діапазоном робочих частот і температур, відповідають вимогам систем електроживлення дата-центрів щодо високого робочого струму, низьких втрат на високих частотах та високої потужності.
Формовані силові індуктори такі як CSAB /CSAG /CSHB /CSEB , з литою повністю екранованою конструкцією, високими антиперешкоджувальними характеристиками, низьким опором постійного струму, високим струмом і низькими втратами в сердечнику, відповідають вимогам систем електроживлення дата-центрів щодо малих габаритів індукторів, високого струму та захисту від ЕМІ.
Силові індуктори поверхневого монтажу такі як SPRH /CSUS /CRHSM /SPQ /SPD /SPBL , які мають магнітну екрановану конструкцію, високі антиперешкоджувальні характеристики, малі габарити та придатні для високощільного монтажу.
Силові індуктори з низькою індуктивністю, серія CSHN призначені для живлення GPU. Котушка індуктивності CSHN, розроблена незалежно компанією Codaca спеціально для джерел живлення серверів, має повністю екрановану конструкцію, високу стійкість до електромагнітних перешкод (EMI) та відмінні характеристики постійного струму. Наша серія високочастотних котушок індуктивності з великим навантаженням за струмом розроблена спеціально для застосувань із високим струмом, забезпечуючи високий рівень накопичення енергії, наднизький опір постійному струму та компактні габарити, що робить її придатною для VRM та багатофазних понижувальних стабілізаторів.
Крім того, індуктивності Codaca широко використовуються в комутаторах, маршрутизаторах, системах зберігання даних та системах моніторингу центрів оброблення даних, включаючи котушки індуктивності з великим струмом, інтегральні котушки індуктивності, диференційні/SMD-індуктивності тощо, всі з яких можуть бути гнучко налаштовані відповідно до потреб замовника. За детальною інформацією, будь ласка, звертайтеся до відділу продажів Codaca або відвідайте вебсайт компанії Codaca.