EN
Liên kết nhanh
Hiện nay, việc triển khai nhanh chóng các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể mức tiêu thụ điện năng, từ đó trực tiếp thúc đẩy nhu cầu về nguồn điện cho trung tâm dữ liệu. Theo số liệu năm 2023 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu toàn cầu hiện chiếm hơn 3% tổng lượng điện tiêu thụ toàn cầu, và mức tiêu thụ điện đỉnh của một máy chủ GPU A100 đơn lẻ đã vượt quá 10kW. Sự gia tăng mạnh mẽ này trong tiêu thụ điện của trung tâm dữ liệu đã đặt ra những thách thức mới đối với cả chất lượng và số lượng nguồn cung cấp điện. Là một trong những thành phần quan trọng trong mạch nguồn trung tâm dữ liệu, việc lựa chọn cuộn cảm có vai trò then chốt đối với hiệu suất chuyển đổi cũng như tính ổn định và độ tin cậy trong vận hành của các hệ thống nguồn trung tâm dữ liệu.
1- Các loại nguồn điện trung tâm dữ liệu và xu hướng phát triển
Nguồn điện trung tâm dữ liệu chủ yếu bao gồm các bộ nguồn máy chủ, nguồn điện liên tục UPS, nguồn điện một chiều áp cao, nguồn điện phân tán/bộ nguồn mô-đun, v.v.
1.1 Bộ nguồn máy chủ
Trong các máy chủ AI, GPU, CPU và các chip tăng tốc AI có yêu cầu cực kỳ cao về độ ổn định và hiệu suất của nguồn điện. Các máy chủ thường sử dụng các bộ chuyển đổi DC-DC hiệu quả để cung cấp đầu ra điện áp ổn định, và cuộn cảm là thành phần then chốt không thể thiếu trong các bộ chuyển đổi DC-DC.
Khi ngân sách điện năng của máy chủ tăng lên trong khi thể tích vẫn giữ nguyên, yêu cầu về mật độ công suất sẽ trở nên nghiêm ngặt hơn. Các bộ nguồn máy chủ (PSU) mới phát triển đã tăng lên gần 100W/in³. Trong tương lai, nguồn điện máy chủ sẽ phát triển theo hướng mật độ công suất cao hơn, hiệu suất chuyển đổi cao hơn và quản lý thông minh hơn để đáp ứng nhu cầu tính toán ngày càng tăng. Cải thiện hiệu suất bộ chuyển đổi thông qua việc phát triển công nghệ mạch tổ hợp và linh kiện là giải pháp để đạt được mật độ công suất cao.
1.2 Nguồn điện UPS
Các nguồn điện liên tục UPS đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện không gián đoạn cho các trung tâm dữ liệu. Khi xảy ra sự cố mất điện hoặc dao động điện áp từ nguồn điện thành phố, UPS có thể ngay lập tức chuyển sang chế độ dùng pin (cung cấp điện liên tục), đảm bảo thiết bị quan trọng trong trung tâm dữ liệu (như máy chủ, thiết bị lưu trữ, thiết bị mạng, v.v.) không bị ảnh hưởng.
1.3 Nguồn Điện Một Chiều Điện Áp Cao
Các hệ thống nguồn điện một chiều cao áp (HVDC) mang lại tiết kiệm năng lượng đáng kể trong các ứng dụng như trung tâm dữ liệu. Vì HVDC loại bỏ giai đoạn bộ nghịch lưu của UPS (nguồn điện liên tục) truyền thống, hiệu suất chuyển đổi có thể đạt trên 95%, từ đó giảm hiệu quả mức tiêu thụ năng lượng của trung tâm dữ liệu. Theo số liệu liên quan, hiệu suất nguồn điện HVDC cao hơn trên 5% so với các giải pháp UPS truyền thống. Hơn nữa, do HVDC không có bộ nghịch lưu, thời gian trung bình giữa các sự cố (MTBF) của nó cao hơn trên 30% so với UPS. Khi các trung tâm dữ liệu ngày càng yêu cầu cao hơn về hiệu quả năng lượng, giảm phát thải và độ tin cậy, nhu cầu thị trường đối với nguồn điện HVDC sẽ tiếp tục tăng trưởng.
1.4 Nguồn điện một chiều Mô-đun/Phân tán
Để giải quyết các thách thức cốt lõi của trung tâm dữ liệu về độ tin cậy cao, khả năng mở rộng linh hoạt, tối ưu hóa hiệu quả năng lượng và hiệu suất vận hành trong các hệ thống điện, các máy chủ trung tâm dữ liệu cũng áp dụng hệ thống nguồn phân tán được thiết kế theo mô-đun. Các nguồn điện mô-đun không chỉ thích ứng động với nhu cầu xử lý tính toán mà còn đạt được khả năng cách ly sự cố thông qua kiến trúc dự phòng, từ đó nâng cao độ tin cậy hệ thống. Ngoài ra, chúng có thể điều chỉnh động số lượng mô-đun đang hoạt động dựa trên tải thực tế để cải thiện hiệu suất vận hành.
Sơ đồ minh họa ứng dụng trung tâm dữ liệu
2- Yêu cầu cuộn cảm cho hệ thống điện trung tâm dữ liệu
Trong các hệ thống nguồn trung tâm dữ liệu, cuộn cảm đóng vai trò là thành phần cơ bản với những chức năng quan trọng. Sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ, chúng ngăn chặn sự dao động của dòng điện, ổn định đầu ra dòng điện và đảm nhiệm vai trò then chốt trong quá trình chuyển đổi điện năng, ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng và độ ổn định của hệ thống nguồn. Các mạch nguồn khác nhau có yêu cầu khác nhau đối với cuộn cảm.
Trong các hệ thống điện xoay chiều, cuộn cảm chủ yếu được sử dụng trong các mạch hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) và lọc nhiễu EMI. Cuộn cảm PFC phải chịu được dòng điện quá độ ở tần số cao (hàng chục kHz đến MHz) để ngăn hiện tượng bão hòa lõi. Các cuộn cảm này sử dụng vật liệu lõi hợp kim kim loại, có các đặc tính điện như dòng điện bão hòa cao, tổn hao lõi thấp và ổn định nhiệt độ tốt. Cuộn cảm dùng trong lọc EMI cần có khả năng ức chế nhiễu tần số cao, cuộn cảm chế độ chung phải triệt tiêu được nhiễu trong dải tần MHz, đồng thời áp dụng thiết kế từ trường rò thấp để giảm nhiễu đối với các mạch nhạy cảm.
Hệ thống điện một chiều bao gồm hai kịch bản: một là hệ thống HVDC (điện một chiều điện áp cao), với điện áp điển hình là 240V trong bối cảnh nội địa hiện nay. Kịch bản còn lại là nguồn điện một chiều phân tán (ví dụ như cung cấp trực tiếp 48V). Nguồn điện một chiều điện áp cao yêu cầu cuộn cảm phải có đặc tính tần số cao, với tần số chuyển mạch đạt mức MHz, sử dụng lõi từ ít tổn hao để hỗ trợ quá trình chuyển đổi DC-DC hiệu quả. Các cuộn cảm cần được thiết kế cách ly điện áp cao nhằm tránh nguy cơ đánh thủng do điện áp cao. Cuộn cảm phải có khả năng chịu dòng điện lớn và duy trì mức tăng nhiệt thấp trong điều kiện làm việc liên tục với dòng điện cao. Đồng thời, cuộn cảm cần đáp ứng yêu cầu về điện dung ký sinh thấp để giảm các vấn đề cộng hưởng tần số cao. Đối với nguồn điện một chiều phân tán, yêu cầu đối với cuộn cảm là kích thước nhỏ, mật độ công suất cao và điện trở một chiều (DCR) thấp nhằm giảm tổn hao tổng thể.
Các cuộn cảm trong hệ thống UPS chủ yếu được sử dụng để lọc đầu ra bộ nghịch lưu và các mạch quản lý sạc/xả pin. Việc lọc đầu ra bộ nghịch lưu yêu cầu các cuộn cảm phải có thiết kế nhỏ gọn với mật độ công suất cao, có khả năng xử lý dòng điện trên 100A trong không gian hạn chế đồng thời đáp ứng yêu cầu về độ méo hài thấp. Hiệu quả lọc có thể được tối ưu hóa thông qua việc sử dụng lõi ferrite kết hợp với thiết kế quấn dây nhiều lớp. Các cuộn cảm áp dụng trong nguồn UPS cũng phải chịu được dòng xung và thể hiện đặc tính chống bão hòa trong quá trình sạc/xả quá độ của pin, do đó, các cuộn cảm nhỏ gọn với dòng bão hòa cao là cần thiết đối với hệ thống UPS.
Các hệ thống nguồn mô-đun và phân tán yêu cầu cuộn cảm phải đáp ứng các yêu cầu thiết kế tiêu chuẩn hóa và hỗ trợ thay thế nóng (hot-swap), với các thông số cuộn cảm nhất quán nghiêm ngặt, có khả năng thích ứng với tản nhiệt trong không gian kín, và dải nhiệt độ hoạt động mở rộng tới -40°C~+125°C. Ngoài các cuộn cảm dòng cao truyền thống và cuộn cảm tích hợp, việc sử dụng công nghệ TLVR có thể nâng cao khả năng đáp ứng quá độ của cuộn cảm.
Kiến trúc và đặc điểm kỹ thuật nguồn trung tâm dữ liệu (dựa trên dữ liệu trực tuyến)
3- Xu hướng nhu cầu cuộn cảm nguồn cho trung tâm dữ liệu
Với xu hướng tăng cường hiệu suất tính toán, mật độ công suất cao hơn, tần số cao hơn và mức độ tích hợp lớn hơn trong thiết bị trung tâm dữ liệu, các cuộn cảm đang thể hiện những xu hướng phát triển sau:
① Mật độ công suất cao. Sự gia tăng hiệu suất của phần cứng máy tính trung tâm dữ liệu AI làm tăng giá trị của các cuộn cảm. Các cuộn cảm phải có khả năng xử lý công suất lớn hơn trong không gian hạn chế của thiết bị nguồn máy chủ và đồng thời phải có khả năng chịu nhiệt độ cao tốt hơn.
② Tần số cao và tổn hao thấp. Các bộ nguồn (PSU) trung tâm dữ liệu ngày càng sử dụng các linh kiện bán dẫn dải băng rộng như GaN và SiC. Yêu cầu đặt ra đối với cuộn cảm là phải hỗ trợ các thiết bị tần số cao này, đồng thời giảm tổn hao lõi và nâng cao hiệu suất chuyển đổi hệ thống.
③ Thu nhỏ kích thước và tích hợp. Trong các trung tâm dữ liệu AI, máy chủ và các thẻ tăng tốc AI đang ngày càng tích hợp nhiều đơn vị xử lý hơn trong không gian hạn chế, do đó yêu cầu thu nhỏ kích thước các linh kiện, bao gồm cả cuộn cảm. Điều này đòi hỏi vừa giảm kích thước vừa tăng mật độ công suất.
④ Độ tin cậy cao. Các hệ thống điện trung tâm dữ liệu hoạt động liên tục, và sự cố mất điện hoặc ngừng hoạt động là không được chấp nhận. Ngoài việc áp dụng thiết kế dự phòng và nguồn điện dự trữ, độ tin cậy và độ ổn định nhiệt của các linh kiện phải cực kỳ cao, và các cuộn cảm được chọn cũng phải có độ tin cậy cao.
4-Codaca Cuộn cảm giúp cải thiện hiệu suất nguồn cho trung tâm dữ liệu
Là nhà cung cấp hàng đầu trong lĩnh vực công nghệ linh kiện từ tính, Codaca chuyên về giải pháp sản phẩm cuộn cảm theo yêu cầu. Các cuộn cảm do Codaca tự phát triển được sử dụng rộng rãi trong các máy chủ AI, nguồn điện trung tâm dữ liệu và thiết bị viễn thông.
Để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất cao của các linh kiện điện tử trong nguồn điện trung tâm dữ liệu, Codaca đã tự nghiên cứu và phát triển nhiều dòng sản phẩm, bao gồm cuộn cảm bão hòa cao, dòng điện cao, cuộn cảm đúc tích hợp tổn hao thấp, nhẹ, cuộn cảm nguồn dán bề mặt phù hợp với việc lắp ráp mật độ cao, cuộn cảm nguồn độ tự cảm thấp và cuộn cảm tần số cao, dòng điện lớn. Cuộn cảm Codaca có dòng điện bão hòa lên đến 350A, hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên đến 98% và nhiệt độ hoạt động lên đến 165°C. Các sản phẩm này được chứng nhận AEC-Q200 và phù hợp để sử dụng trong các môi trường vận hành khắc nghiệt và phức tạp.
Dựa trên năng lực thiết kế cuộn cảm chuyên nghiệp cùng khả năng sản xuất và kiểm tra sản phẩm mạnh mẽ, Codaca cung cấp một loạt các cuộn cảm tổn hao thấp, hiệu quả cao và độ tin cậy cao cho các nguồn điện máy chủ, nguồn điện UPS, v.v., góp phần nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống nguồn trung tâm dữ liệu.
Các mô hình cuộn cảm được đề xuất cho hệ thống nguồn trung tâm dữ liệu như sau:
Cuộn cảm nguồn dòng cao của Codaca chẳng hạn như CPEX /CPEA /CSBA /CSBX /CSCF /CSCM /CSCE , với dòng bão hòa cao, điện trở một chiều thấp, dải tần số ứng dụng rộng và dải nhiệt độ hoạt động rộng, đáp ứng nhu cầu của hệ thống nguồn trung tâm dữ liệu về dòng hoạt động cao, tổn thất thấp ở tần số cao và mật độ công suất cao.
Cuộn cảm điện lực ép nhựa chẳng hạn như CSAB /CSAG /CSHB /CSEB , với cấu trúc chắn từ đúc toàn phần, hiệu suất chống EMI mạnh, điện trở một chiều thấp, dòng điện cao và tổn hao lõi thấp, đáp ứng các yêu cầu của hệ thống nguồn trung tâm dữ liệu về kích thước cuộn cảm nhỏ, dòng điện cao và khả năng chống EMI.
Cuộn cảm nguồn gắn bề mặt chẳng hạn như SPRH /CSUS /CRHSM /SPQ /SPD /SPBL , có cấu trúc chắn từ bằng vật liệu từ tính, hiệu suất chống EMI tốt, kích thước nhỏ và phù hợp với việc lắp đặt mật độ cao.
Dòng sản phẩm cuộn cảm nguồn có độ tự cảm thấp CSHN được thiết kế cho nguồn cấp điện GPU. Cuộn cảm CSHN, do Codaca tự phát triển riêng cho các nguồn cấp điện máy chủ, có cấu trúc hoàn toàn được che chắn, khả năng chống nhiễu EMI mạnh và khả năng chịu tải DC tốt. Dòng sản phẩm cuộn cảm cao tần, dòng cao của chúng tôi được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng nguồn dòng cao, mang lại khả năng lưu trữ năng lượng lớn, điện trở một chiều cực thấp và kích thước nhỏ gọn, phù hợp với các bộ điều chỉnh VRM và bộ giảm áp nhiều pha.
Ngoài ra, cuộn cảm Codaca được sử dụng rộng rãi trong các bộ chuyển mạch trung tâm dữ liệu, bộ định tuyến, hệ thống lưu trữ và hệ thống giám sát, bao gồm các loại cuộn cảm dòng cao, cuộn cảm tích hợp, cuộn cảm chung/dạng dán bề mặt, và nhiều loại khác, tất cả đều có thể được tùy chỉnh linh hoạt theo nhu cầu của khách hàng. Để biết thêm chi tiết, vui lòng liên hệ bộ phận bán hàng của Codaca hoặc truy cập trang web của Codaca.