Prehodne vrzeli v moči na milisekundni ravni v BBU-jih za strežnike umetne inteligence: Zakaj je "hibridni superkondenzator (LIC) + BBU" primernejši?

Strežniški nosilci umetne inteligence med hitrim preklapljanjem med obremenitvami za učenje in sklepanje doživljajo milisekundne (običajno 1–50 ms) sunke napajanja in padce napetosti enosmernega vodila. NVIDIA v svoji zasnovi napajalnega nosilca GB300 NVL72 omenja, da njegov napajalni nosilec vključuje komponente za shranjevanje energije in deluje s krmilnikom za doseganje hitrega glajenja prehodnih motenj na ravni nosilca (glej referenco [1]).

V inženirski praksi lahko uporaba »hibridnega superkondenzatorja (LIC) + BBU (baterijska rezervna enota)« za oblikovanje bližnje medpomnilniške plasti loči »prehodni odziv« in »kratkoročno rezervno napajanje«: LIC je odgovoren za kompenzacijo na milisekundni ravni, BBU pa za prevzem na sekundni do minutni ravni. Ta članek ponuja ponovljiv pristop k izbiri za inženirje, seznam ključnih kazalnikov in elementov preverjanja. Na primeru YMIN SLF 4.0V 4500F (ESR ene enote ≤ 0.8mΩ, neprekinjen tok praznjenja 200A, parametri naj se nanašajo na specifikacijski list [3]) ponuja predloge za konfiguracijo in podporo s primerjalnimi podatki.

Napajalniki Rack BBU premikajo »glajenje prehodne moči« bližje obremenitvi.

Ko poraba energije v enem samem omari doseže raven več sto kilovatov, lahko delovne obremenitve umetne inteligence v kratkem času povzročijo tokovne sunke. Če padec napetosti na vodilu preseže sistemski prag, lahko to sproži zaščito matične plošče, napake grafične kartice ali ponovne zagone. Da bi zmanjšali vplive konic na napajanje pred napajalnikom in omrežje, nekatere arhitekture uvajajo strategije shranjevanja in nadzora energije znotraj napajalne omare, kar omogoča, da se konice moči "absorbirajo in sproščajo lokalno" znotraj omare. Osrednje sporočilo te zasnove je: prehodne težave je treba najprej obravnavati na mestu, ki je najbližje obremenitvi.

V strežnikih, opremljenih z grafičnimi procesorji z izjemno visoko močjo (kilovatnega nivoja), kot sta NVIDIA GB200/GB300, se je osrednji izziv, s katerim se soočajo napajalni sistemi, premaknil s tradicionalnega rezervnega napajanja na obvladovanje prehodnih sunkov moči v milisekundah in stotinah kilovatih. Tradicionalne rešitve rezervnega napajanja BBU, osredotočene na svinčeno-kislinske baterije, trpijo zaradi ozkih grl v odzivni hitrosti in gostoti moči zaradi inherentnih zamud pri kemijskih reakcijah, visokega notranjega upora in omejenih zmogljivosti dinamičnega sprejemanja polnjenja. Ta ozka grla so postala ključni dejavniki, ki omejujejo izboljšanje računalniške moči in zanesljivosti sistema v enojnih omari.

Tabela 1: Shematski diagram lokacije tristopenjskega hibridnega načina shranjevanja energije v regalnem BBU (tabelarni diagram)

Razvoj arhitekture

Od »rezervne baterije« do »tristopenjskega hibridnega načina shranjevanja energije«

Tradicionalne enote BBU se za shranjevanje energije v glavnem zanašajo na baterije. Zaradi pomanjkanja energije na milisekundni ravni se baterije, omejene s kinetiko kemijskih reakcij in enakovredno notranjo upornostjo, pogosto odzivajo počasneje kot shranjevanje energije na osnovi kondenzatorjev. Zato so rešitve ob omarah začele uporabljati večstopenjsko strategijo: »LIC (prehodno) + BBU (kratkoročno) + UPS/HVDC (dolgotrajno)«:

LIC, vzporedno priključen v bližini DC vodila: upravlja kompenzacijo moči na milisekundni ravni in podporo napetosti (hitro polnjenje in praznjenje).

BBU (baterija ali drug sistem za shranjevanje energije): obvladuje prevzem na nivoju sekunde do minute (sistem, zasnovan za trajanje rezervnega delovanja).

UPS/HVDC na ravni podatkovnega centra: zagotavlja dolgoročno neprekinjeno napajanje in regulacijo na strani omrežja.

Ta delitev dela ločuje »hitre spremenljivke« od »počasnih spremenljivk«: stabilizacija avtobusa hkrati z zmanjšanjem dolgoročne obremenitve in vzdrževalnega pritiska na enote za shranjevanje energije.

Poglobljena analiza: Zakaj YMINHibridni superkondenzatorji?

Yminov hibridni superkondenzator LIC (litijev-ionski kondenzator) strukturno združuje visokoenergijske lastnosti kondenzatorjev z visoko energijsko gostoto elektrokemičnega sistema. V scenarijih prehodne kompenzacije je ključ do prenosa obremenitve: oddajanje potrebne energije znotraj ciljnega Δt in zagotavljanje dovolj velikega impulznega toka znotraj dovoljenega območja dviga temperature in padca napetosti.

Visoka izhodna moč: Ko se obremenitev grafičnega procesorja nenadoma spremeni ali električno omrežje niha, tradicionalne svinčeno-kislinske baterije zaradi počasne kemijske reakcije in visoke notranje upornosti hitro poslabšajo svojo sposobnost dinamičnega sprejemanja polnjenja, kar povzroči nezmožnost odziva v milisekundah. Hibridni superkondenzator lahko izvede takojšnjo kompenzacijo v 1–50 ms, ki ji sledi minutno rezervno napajanje iz rezervnega napajanja BBU, kar zagotavlja stabilno napetost vodila in znatno zmanjšuje tveganje za okvare matične plošče in grafičnega procesorja.

Optimizacija prostornine in teže: Pri primerjavi »ekvivalentne razpoložljive energije (določene z napetostnim oknom V_hi→V_lo) + ekvivalentnega prehodnega okna (Δt)« rešitev z vmesnim slojem LIC običajno znatno zmanjša prostornino in težo v primerjavi s tradicionalnim rezervnim napajanjem z baterijami (zmanjšanje prostornine za približno 50 %–70 %, zmanjšanje teže za približno 50 %–60 %, tipične vrednosti niso javno dostopne in zahtevajo preverjanje projekta), s čimer se sprosti prostor v omari in viri pretoka zraka. (Natančen odstotek je odvisen od specifikacij, strukturnih komponent in rešitev za odvajanje toplote primerjalnega predmeta; priporočljivo je preverjanje, specifično za projekt.)

Izboljšanje hitrosti polnjenja: LIC ima zmogljivosti polnjenja in praznjenja z visoko hitrostjo, njegova hitrost polnjenja pa je običajno višja kot pri baterijskih rešitvah (izboljšanje hitrosti za več kot 5-krat, doseganje skoraj desetminutnega hitrega polnjenja; vir: hibridni superkondenzator v primerjavi s tipičnimi vrednostmi svinčeno-kislinske baterije). Čas polnjenja je določen z mejo moči sistema, strategijo polnjenja in toplotno zasnovo. Priporočljivo je uporabiti »čas, potreben za polnjenje do V_hi« kot merilo sprejemljivosti, v kombinaciji z oceno ponavljajočega se impulznega dviga temperature.

Dolga življenjska doba: LIC običajno kaže daljšo življenjsko dobo in manjše potrebe po vzdrževanju pri visokofrekvenčnih pogojih polnjenja in praznjenja (1 milijon ciklov, več kot 6 let življenjske dobe, približno 200-krat več kot pri tradicionalnih svinčevo-kislinskih baterijah; vir: Hibridni superkondenzatorji v primerjavi s tipičnimi svinčevo-kislinskimi baterijami). Omejitve življenjske dobe ciklov in dviga temperature so odvisne od posebnih specifikacij in preskusnih pogojev. Z vidika celotnega življenjskega cikla to pomaga zmanjšati stroške delovanja, vzdrževanja in okvar.

Slika 2: Shema hibridnega sistema za shranjevanje energije:

Litij-ionska baterija (nivo sekundne minute) + litij-ionski kondenzator LIC (vmesni pomnilnik na milisekundni ravni)

Temelji na japonskem Musashi CCP3300SC (3,8 V 3000 F) referenčne zasnove NVIDIA GB300 in se ponaša z večjo gostoto zmogljivosti, višjo napetostjo in večjo zmogljivostjo v svojih javno dostopnih specifikacijah: delovna napetost 4,0 V in zmogljivost 4500 F, kar ima za posledico večje shranjevanje energije v posamezni celici in močnejše zmogljivosti medpomnjenja znotraj iste velikosti modula, kar zagotavlja brezkompromisen odziv v milisekundah.

Ključni parametri hibridnih superkondenzatorjev serije YMIN SLF:

Nazivna napetost: 4,0 V; Nazivna kapaciteta: 4500 F

Notranji upor pri enosmernem toku/ESR: ≤0,8 mΩ

Neprekinjen praznilni tok: 200A

Območje delovne napetosti: 4,0–2,5 V

Z uporabo hibridne rešitve lokalnega medpomnilnika BBU na osnovi superkondenzatorjev YMIN lahko zagotovi visoko tokovno kompenzacijo enosmernega vodila v milisekundnem oknu, kar izboljša stabilnost napetosti vodila. V primerjavi z drugimi rešitvami z enako razpoložljivo energijo in prehodnim oknom medpomnilniška plast običajno zmanjša zasedenost prostora in sprosti vire omare. Prav tako je bolj primerna za visokofrekvenčno polnjenje in praznjenje ter zahteve glede hitrega obnavljanja, kar zmanjšuje pritisk na vzdrževanje. Specifično delovanje je treba preveriti na podlagi projektnih specifikacij.

Vodnik za izbiro: Natančno ujemanje s scenarijem

Zaradi izjemnih izzivov računalniške moči umetne inteligence so inovacije v napajalnih sistemih ključnega pomena.YMIN-ov hibridni superkondenzator SLF 4.0V 4500Fs svojo trdno lastniško tehnologijo zagotavlja visoko zmogljivo in zelo zanesljivo doma proizvedeno rešitev vmesnega sloja BBU, ki zagotavlja osnovno podporo za stabilen, učinkovit in intenziven neprekinjen razvoj podatkovnih centrov umetne inteligence.

Če potrebujete podrobne tehnične informacije, vam lahko zagotovimo: podatkovne liste, testne podatke, tabele za izbiro aplikacij, vzorce itd. Navedite tudi ključne informacije, kot so: napetost vodila, ΔP/Δt, dimenzije prostora, temperatura okolice in specifikacije življenjske dobe, da vam lahko hitro ponudimo priporočila za konfiguracijo.

Oddelek z vprašanji in odgovori

V: Obremenitev grafičnega procesorja strežnika z umetno inteligenco se lahko v nekaj milisekundah poveča za 150 %, tradicionalne svinčeno-kislinske baterije pa temu ne morejo slediti. Kakšen je specifičen odzivni čas litij-ionskih superkondenzatorjev YMIN in kako dosežete to hitro podporo?

A: Hibridni superkondenzatorji YMIN (SLF 4.0V 4500F) temeljijo na načelih fizičnega shranjevanja energije in imajo izjemno nizko notranjo upornost (≤0.8mΩ), kar omogoča takojšnjo visokohitrostno praznjenje v območju 1-50 milisekund. Ko nenadna sprememba obremenitve grafičnega procesorja povzroči močan padec napetosti enosmernega vodila, lahko sprosti velik tok skoraj brez zakasnitve, kar neposredno kompenzira moč vodila in tako kupi čas, da se napajalnik zalednega BBU prebudi in prevzame napajanje, kar zagotavlja gladek prehod napetosti in preprečuje računske napake ali zrušitve strojne opreme zaradi padcev napetosti.

Povzetek na koncu tega članka

Primerni scenariji: Primerno za rezervne napajalne enote (BBU) za strežnike umetne inteligence na ravni omare v scenarijih, kjer se enosmerni vodnik sooča z milisekundnimi prehodnimi sunki/padci napetosti; primerno za lokalno arhitekturo medpomnilnika »hibridni superkondenzator + BBU« za stabilizacijo napetosti vodnika in kompenzacijo prehodnih pojavov pri kratkotrajnih izpadih električne energije, nihanjih omrežja in nenadnih spremembah obremenitve grafične kartice.

Ključne prednosti: hiter odziv v milisekundah (kompenzacija prehodnih oken 1–50 ms); nizka notranja upornost/visoka tokovna zmogljivost, izboljšanje stabilnosti napetosti vodila in zmanjšanje tveganja nepričakovanih ponovnih zagonov; podpora za visokohitrostno polnjenje in praznjenje ter hitro ponovno polnjenje, kar skrajša čas obnovitve rezervnega napajanja; bolj primeren za visokofrekvenčne pogoje polnjenja in praznjenja v primerjavi s tradicionalnimi baterijskimi rešitvami, kar pomaga zmanjšati pritisk na vzdrževanje in skupne stroške življenjskega cikla.

Priporočeni model: YMIN kvadratni hibridni superkondenzator SLF 4.0V 4500F

Pridobivanje podatkov (specifikacije/poročila o testiranju/vzorci):

Uradna spletna stran: www.ymin.com
Tehnična telefonska številka: 021-33617848

Reference (javni viri)

[1] Uradni javni informativni/tehnični blog NVIDIA: Uvod v glajenje prehodnih pojavov/shranjevanje energije na ravni stojala GB300 NVL72 (Power Shelf)

[2] Javna poročila medijev/institucij, kot je TrendForce: Vloge za LIC, povezane z GB200/GB300, in informacije o dobavni verigi

[3] Shanghai YMIN Electronics zagotavlja »Specifikacije hibridnega superkondenzatorja SLF 4.0V 4500F«