Milisekundové prechodové výpadky výkonu v BBU pre serverové racky s umelou inteligenciou: Prečo je vhodnejší „hybridný superkondenzátor (LIC) + BBU“?

Serverové stojany s umelou inteligenciou zažívajú počas rýchleho prepínania medzi tréningovým a inferenčným zaťažením prepätia na úrovni milisekund (zvyčajne 1 – 50 ms) a poklesy napätia jednosmernej zbernice. Spoločnosť NVIDIA vo svojom návrhu napájacieho racku GB300 NVL72 uvádza, že jej napájací rack integruje komponenty na ukladanie energie a spolupracuje s ovládačom na dosiahnutie rýchleho vyhladenia prechodového výkonu na úrovni racku (pozri odkaz [1]).

V inžinierskej praxi môže použitie „hybridného superkondenzátora (LIC) + BBU (záložná jednotka batérie)“ na vytvorenie blízkej vyrovnávacej vrstvy oddeliť „prechodovú odozvu“ a „krátkodobé záložné napájanie“: LIC je zodpovedný za kompenzáciu na milisekundovej úrovni a BBU je zodpovedný za prevzatie na sekundovej až minútovej úrovni. Tento článok poskytuje reprodukovateľný prístup k výberu pre inžinierov, zoznam kľúčových indikátorov a overovacích položiek. Na príklade YMIN SLF 4.0V 4500F (jednotlivý ESR ≤ 0.8mΩ, trvalý vybíjací prúd 200A, parametre by sa mali riadiť technickým listom [3]) poskytuje návrhy konfigurácie a podporu porovnávacích údajov.

Rackové napájacie zdroje BBU posúvajú „vyhladzovanie prechodového napájania“ bližšie k záťaži.

Keďže spotreba energie jedného racku dosahuje úroveň stoviek kilowattov, pracovné zaťaženie umelou inteligenciou môže v krátkom čase spôsobiť prúdové špičky. Ak pokles napätia na zbernici prekročí prahovú hodnotu systému, môže to spustiť ochranu základnej dosky, chyby grafického procesora alebo reštartovanie. Aby sa znížili špičkové vplyvy na napájanie proti prúdu a sieť, niektoré architektúry zavádzajú stratégie ukladania a riadenia energie v rámci napájacieho racku, čo umožňuje „absorbovať a uvoľňovať napäťové špičky“ v rámci racku. Hlavným posolstvom tohto návrhu je: prechodné problémy by sa mali riešiť najprv na mieste najbližšie k záťaži.

V serveroch vybavených grafickými procesormi s ultravysokým výkonom (na úrovni kilowattov), ​​ako sú NVIDIA GB200/GB300, sa hlavná výzva, ktorej čelia energetické systémy, presunula z tradičného záložného napájania na zvládanie prechodných prepätí na úrovni milisekúnd a stoviek kilowattov. Tradičné riešenia záložného napájania BBU, zamerané na olovené batérie, trpia úzkymi miestami v rýchlosti odozvy a hustote výkonu v dôsledku inherentných oneskorení chemických reakcií, vysokého vnútorného odporu a obmedzených schopností dynamického prijímania náboja. Tieto úzke miesta sa stali kľúčovými faktormi obmedzujúcimi zlepšenie výpočtového výkonu a spoľahlivosti systému v jednom racku.

Tabuľka 1: Schematický diagram umiestnenia trojúrovňového hybridného režimu skladovania energie v rackovom BBU (tabuľkový diagram)

Evolúcia architektúry

Od „záložnej batérie“ k „trojúrovňovému hybridnému režimu skladovania energie“

Tradičné jednotky BBU sa pri skladovaní energie spoliehajú predovšetkým na batérie. Batérie, obmedzené kinetikou chemických reakcií a ekvivalentným vnútorným odporom, čelia nedostatku energie na milisekundovej úrovni a často reagujú pomalšie ako úložiská energie na báze kondenzátorov. Preto riešenia na strane rackov začali prijímať viacúrovňovú stratégiu: „LIC (prechodové) + BBU (krátkodobé) + UPS/HVDC (dlhodobé)“:

LIC zapojený paralelne v blízkosti jednosmernej zbernice: zabezpečuje kompenzáciu výkonu na milisekundovej úrovni a podporu napätia (vysokorýchlostné nabíjanie a vybíjanie).

BBU (batéria alebo iné úložisko energie): spracováva prevzatie na úrovni sekundy až minúty (systém navrhnutý pre záložné trvanie).

UPS/HVDC na úrovni dátového centra: zabezpečuje dlhodobé neprerušované napájanie a reguláciu na strane siete.

Toto rozdelenie práce oddeľuje „rýchle premenné“ a „pomalé premenné“: stabilizácia autobusu a zároveň zníženie dlhodobého namáhania a tlaku na údržbu jednotiek na ukladanie energie.

Hĺbková analýza: Prečo YMINHybridné superkondenzátory?

Hybridný superkondenzátor LIC (lítium-iónový kondenzátor) od spoločnosti Ymin štrukturálne kombinuje vysokovýkonové charakteristiky kondenzátorov s vysokou energetickou hustotou elektrochemického systému. V scenároch kompenzácie prechodových javov je kľúčom k odolávaniu záťaže: dodávanie požadovanej energie v rámci cieľového Δt a dodávanie dostatočne veľkého impulzného prúdu v rámci povoleného rozsahu nárastu teploty a poklesu napätia.

Vysoký výstupný výkon: Keď sa zaťaženie grafického procesora náhle zmení alebo dochádza k výkyvom v elektrickej sieti, tradičné olovené batérie v dôsledku pomalej chemickej reakcie a vysokého vnútorného odporu rýchlo zhoršujú svoju schopnosť dynamického nabíjania, čo vedie k neschopnosti reagovať v milisekundách. Hybridný superkondenzátor dokáže dokončiť okamžitú kompenzáciu v priebehu 1 – 50 ms, po ktorej nasleduje záložné napájanie na minútovej úrovni zo záložného zdroja BBU, čím sa zabezpečí stabilné napätie zbernice a výrazne sa zníži riziko zlyhania základnej dosky a grafického procesora.

Optimalizácia objemu a hmotnosti: Pri porovnávaní „ekvivalentnej dostupnej energie (určenej napäťovým oknom V_hi→V_lo) + ekvivalentného prechodového okna (Δt)“ riešenie s vyrovnávacou vrstvou LIC zvyčajne výrazne znižuje objem a hmotnosť v porovnaní s tradičným záložným batériovým napájaním (zníženie objemu približne o 50 % – 70 %, zníženie hmotnosti približne o 50 % – 60 %, typické hodnoty nie sú verejne dostupné a vyžadujú si overenie projektu), čím sa uvoľní priestor v racku a zdroje prúdenia vzduchu. (Konkrétne percento závisí od špecifikácií, konštrukčných komponentov a riešení odvodu tepla porovnávaného objektu; odporúča sa overenie špecifické pre projekt.)

Zlepšenie rýchlosti nabíjania: LIC má schopnosti vysokorýchlostného nabíjania a vybíjania a jej rýchlosť nabíjania je zvyčajne vyššia ako u batériových riešení (zlepšenie rýchlosti viac ako 5-násobné, dosahuje sa takmer desaťminútové rýchle nabíjanie; zdroj: hybridný superkondenzátor verzus typické hodnoty olovených batérií). Čas nabíjania je určený výkonovou rezervou systému, stratégiou nabíjania a tepelným návrhom. Odporúča sa použiť „čas potrebný na nabitie na V_hi“ ako akceptačnú metriku v kombinácii s opakovaným impulzným vyhodnotením nárastu teploty.

Dlhá životnosť: LIC zvyčajne vykazuje dlhšiu životnosť a nižšie nároky na údržbu pri vysokofrekvenčných podmienkach nabíjania a vybíjania (1 milión cyklov, viac ako 6 rokov životnosti, približne 200-krát viac ako tradičné olovené batérie; zdroj: Hybridné superkondenzátory v porovnaní s typickými olovenými batériami). Limity životnosti a nárastu teploty podliehajú špecifickým špecifikáciám a testovacím podmienkam. Z hľadiska celej životnosti to pomáha znižovať náklady na prevádzku, údržbu a poruchy.

Obrázok 2: Schéma hybridného systému skladovania energie:

Lítium-iónová batéria (sekundovo-minútová úroveň) + lítium-iónový kondenzátor LIC (milisekundová vyrovnávacia pamäť)

Vychádzajúc z referenčného dizajnu japonského čipu Musashi CCP3300SC (3,8 V 3000 F) od NVIDIA GB300, sa vo verejne dostupných špecifikáciách môže pochváliť vyššou hustotou kapacity, vyšším napätím a vyššou kapacitou: prevádzkové napätie 4,0 V a kapacita 4500 F, čo vedie k vyššiemu úložisku energie v jednej bunke a silnejším možnostiam vyrovnávacej pamäte v rámci rovnakej veľkosti modulu, čím sa zabezpečuje bezkonkurenčná odozva na úrovni milisekúnd.

Kľúčové parametre hybridných superkondenzátorov série YMIN SLF:

Menovité napätie: 4,0 V; Menovitá kapacita: 4500 F

Vnútorný odpor jednosmerného prúdu/ESR: ≤0,8 mΩ

Trvalý vybíjací prúd: 200A

Rozsah prevádzkového napätia: 4,0–2,5 V

Vďaka lokálnemu vyrovnávaciemu riešeniu BBU od spoločnosti YMIN na báze hybridných superkondenzátorov dokáže poskytnúť vysokú kompenzáciu prúdu pre jednosmernú zbernicu v milisekundovom okne, čím sa zlepšuje stabilita napätia zbernice. V porovnaní s inými riešeniami s rovnakou dostupnou energiou a prechodovým oknom vyrovnávacia vrstva zvyčajne znižuje obsadenosť priestoru a uvoľňuje zdroje racku. Je tiež vhodnejšia pre vysokofrekvenčné nabíjanie a vybíjanie a požiadavky na rýchle zotavenie, čím sa znižuje tlak na údržbu. Konkrétny výkon by sa mal overiť na základe špecifikácií projektu.

Sprievodca výberom: Presné prispôsobenie scenáru

Tvárou v tvár extrémnym výzvam v oblasti výpočtového výkonu umelej inteligencie je inovácia v systémoch napájania kľúčová.Hybridný superkondenzátor YMIN SLF 4.0V 4500F, so svojou solídnou proprietárnou technológiou, poskytuje vysoko výkonné a spoľahlivé riešenie vyrovnávacej vrstvy BBU domácej výroby, ktoré poskytuje základnú podporu pre stabilný, efektívny a intenzívny neustály vývoj dátových centier umelej inteligencie.

Ak požadujete podrobné technické informácie, vieme vám poskytnúť: technické listy, testovacie údaje, tabuľky pre výber aplikácií, vzorky atď. Poskytnite nám tiež kľúčové informácie, ako napríklad: napätie zbernice, ΔP/Δt, rozmery priestoru, okolitú teplotu a špecifikácie životnosti, aby sme vám mohli rýchlo poskytnúť odporúčania pre konfiguráciu.

Sekcia otázok a odpovedí

Otázka: Zaťaženie GPU servera s umelou inteligenciou môže v priebehu milisekúnd vzrásť o 150 % a tradičné olovené batérie s tým nedokážu držať krok. Aký je konkrétny čas odozvy lítium-iónových superkondenzátorov YMIN a ako dosiahnete túto rýchlu podporu?

A: Hybridné superkondenzátory YMIN (SLF 4.0V 4500F) sa spoliehajú na princípy fyzického ukladania energie a majú extrémne nízky vnútorný odpor (≤0.8mΩ), čo umožňuje okamžité vysokorýchlostné vybíjanie v rozsahu 1-50 milisekúnd. Keď náhla zmena zaťaženia GPU spôsobí prudký pokles napätia jednosmernej zbernice, dokáže uvoľniť veľký prúd takmer bez oneskorenia, čím priamo kompenzuje výkon zbernice, čím získa čas na prebudenie a prevzatie napájania backendového BBU, čím sa zabezpečí plynulý prechod napätia a zabráni sa výpočtovým chybám alebo hardvérovým zlyhaniam spôsobeným poklesmi napätia.

Zhrnutie na konci tohto článku

Použiteľné scenáre: Vhodné pre záložné napájacie jednotky (BBU) pre rackové servery AI v scenároch, kde jednosmerná zbernica čelí prechodným prepätiam/poklesom napätia na milisekundovej úrovni; použiteľné pre lokálnu vyrovnávaciu architektúru „hybridný superkondenzátor + BBU“ na stabilizáciu napätia zbernice a kompenzáciu prechodových javov pri krátkodobých výpadkoch napájania, výkyvoch siete a náhlych zmenách zaťaženia GPU.

Hlavné výhody: Rýchla odozva na úrovni milisekúnd (kompenzácia prechodových okien 1 – 50 ms); nízky vnútorný odpor/vysoký prúd, zlepšenie stability napätia zbernice a zníženie rizika neočakávaných reštartov; podpora vysokorýchlostného nabíjania a vybíjania a rýchleho nabíjania, čím sa skracuje čas obnovenia záložného napájania; vhodnejšie pre vysokofrekvenčné podmienky nabíjania a vybíjania v porovnaní s tradičnými batériovými riešeniami, čo pomáha znižovať tlak na údržbu a celkové náklady na životný cyklus.

Odporúčaný model: Štvorcový hybridný superkondenzátor YMIN SLF 4,0 V 4500 F

Získanie údajov (špecifikácie/testovacie protokoly/vzorky):

Oficiálna webová stránka: www.ymin.com
Technická linka: 021-33617848

Referencie (verejné zdroje)

[1] Oficiálny verejný informačný/technický blog spoločnosti NVIDIA: Úvod do vyhladzovania prechodových javov/ukladania energie na úrovni racku GB300 NVL72 (Power Shelf)

[2] Verejné správy z médií/inštitúcií, ako napríklad TrendForce: GB200/GB300 súvisiace žiadosti o licenciu pre dodávateľov a informácie o dodávateľskom reťazci

[3] Spoločnosť Shanghai YMIN Electronics poskytuje „Špecifikácie hybridného superkondenzátora SLF 4.0V 4500F“