Milliszekundumos szintű tranziens teljesítményrések mesterséges intelligencia szerver rack BBU-kban: Miért alkalmasabb egy „hibrid szuperkondenzátor (LIC) + BBU”?

A mesterséges intelligenciával működő szerverrackek milliszekundumos szintű (jellemzően 1–50 ms) túlfeszültségeket és egyenáramú buszfeszültség-eséseket tapasztalnak a betanítási és a következtetési terhelések közötti gyors váltás során. Az NVIDIA a GB300 NVL72 tápállvány-tervében megemlíti, hogy a tápállvány energiatároló komponenseket integrál, és egy vezérlővel együttműködve rackszintű gyors tranziens teljesítménykiegyenlítést ér el (lásd az [1] hivatkozást).

A mérnöki gyakorlatban egy „hibrid szuperkondenzátor (LIC) + BBU (akkumulátoros tartalékegység)” használata egy közeli pufferréteg kialakításához szétválaszthatja a „tranziens választ” és a „rövid távú tartalék áramellátást”: az LIC felelős az ezredmásodperc szintű kompenzációért, a BBU pedig a másodperc-perc szintű átvételért. Ez a cikk egy reprodukálható kiválasztási megközelítést kínál a mérnökök számára, felsorolja a főbb indikátorokat és az ellenőrzési elemeket. Az YMIN SLF 4.0V 4500F (egyetlen egység ESR≤0.8mΩ, folyamatos kisülési áram 200A, a paramétereknek a specifikációs lap [3] szerint kell eljárniuk) példaként véve konfigurációs javaslatokat és összehasonlító adattámogatást nyújt.

A rack BBU tápegységek a „tranziens teljesítménykiegyenlítést” közelebb helyezik a terheléshez.

Ahogy az egy rack fogyasztása eléri a több száz kilowattos szintet, a mesterséges intelligencia által vezérelt munkaterhelések rövid időn belül áramcsúcsokat okozhatnak. Ha a buszfeszültség esése meghaladja a rendszer küszöbértékét, az alaplapvédelmet, GPU-hibákat vagy újraindításokat válthat ki. A feltöltési tápegységre és a hálózatra gyakorolt ​​csúcshatások csökkentése érdekében egyes architektúrák energiapufferelési és -vezérlési stratégiákat vezetnek be a rack tápegységén belül, lehetővé téve a teljesítménycsúcsok „helybeni elnyelését és felszabadítását” a racken belül. Ennek a kialakításnak a fő üzenete: a tranziens problémákat először a terheléshez legközelebbi helyen kell kezelni.

Az olyan ultra nagy teljesítményű (kilowatt-szintű) GPU-kkal felszerelt szerverekben, mint az NVIDIA GB200/GB300, az energiaellátó rendszerek előtt álló fő kihívás a hagyományos tartalék tápellátásról az ezredmásodpercenkénti és több száz kilowatt-szintű átmeneti túlfeszültségek kezelésére helyeződött át. A hagyományos, ólom-savas akkumulátorokra épülő BBU tartalék tápellátási megoldások a válaszidő és a teljesítménysűrűség szűk keresztmetszeteitől szenvednek a bennük rejlő kémiai reakciókésleltetések, a magas belső ellenállás és a korlátozott dinamikus töltésfelvételi képesség miatt. Ezek a szűk keresztmetszetek kulcsfontosságú tényezőkké váltak, amelyek korlátozzák az egy rackes számítási teljesítmény és a rendszer megbízhatóságának javítását.

1. táblázat: A háromszintű hibrid energiatároló üzemmód elhelyezkedésének vázlata a rack BBU-ban (táblázatdiagram)

Építészeti evolúció

Az „akkumulátoros biztonsági mentéstől” a „háromszintű hibrid energiatárolási módig”

A hagyományos BBU-k (Battery Buffer, rackszekrények) elsősorban akkumulátorokra támaszkodnak az energiatároláshoz. Az ezredmásodperces szintű energiahiányok esetén az akkumulátorok, amelyeket a kémiai reakciók kinetikája és az azzal egyenértékű belső ellenállás korlátoz, gyakran lassabban reagálnak, mint a kondenzátor alapú energiatárolás. Ezért a rackszekrényes megoldások elkezdtek egy többszintű stratégiát alkalmazni: „LIC (tranziens) + BBU (rövid idejű) + UPS/HVDC (hosszú idejű)”:

Az egyenáramú busz közelében párhuzamosan kapcsolt LIC: ezredmásodperc szintű teljesítménykompenzációt és feszültségtámogatást kezel (nagy sebességű töltés és kisütés).

BBU (akkumulátoros vagy egyéb energiatároló): másodperc-perc szintű átvételt kezel (a biztonsági mentés időtartamára tervezett rendszer).

Adatközpont-szintű UPS/HVDC: hosszabb távú szünetmentes áramellátást és hálózatoldali szabályozást biztosít.

Ez a munkamegosztás szétválasztja a „gyors változókat” és a „lassú változókat”: stabilizálja a buszt, miközben csökkenti az energiatároló egységek hosszú távú terhelését és karbantartási nyomását.

Részletes elemzés: Miért a YMIN?Hibrid szuperkondenzátorok?

Az ymin hibrid szuperkondenzátora, a LIC (lítium-ion kondenzátor), szerkezetileg ötvözi a kondenzátorok nagy teljesítményjellemzőit az elektrokémiai rendszer nagy energiasűrűségével. Tranziens kompenzációs forgatókönyvek esetén a terhelés elviselésének kulcsa: a szükséges energia kimenőjelének biztosítása a célzott Δt-n belül, valamint kellően nagy impulzusáram biztosítása a megengedett hőmérséklet-emelkedési és feszültségesési tartományon belül.

Nagy teljesítmény: Amikor a GPU terhelése hirtelen megváltozik, vagy az elektromos hálózat ingadozik, a hagyományos ólomakkumulátorok lassú kémiai reakciósebességük és magas belső ellenállásuk miatt dinamikus töltésfelvételi képességük gyorsan romlik, aminek következtében képtelenek milliszekundumok alatt reagálni. A hibrid szuperkondenzátor 1-50 ms alatt képes azonnali kompenzációt végrehajtani, majd a BBU tartalék tápegységéből percnyi szintű tartalék tápellátást biztosít, biztosítva a stabil buszfeszültséget, és jelentősen csökkentve az alaplap és a GPU összeomlásának kockázatát.

Térfogat- és súlyoptimalizálás: Az „egyenértékű rendelkezésre álló energia (a V_hi→V_lo feszültségablak által meghatározott) + egyenértékű tranziens ablak (Δt)” összehasonlításakor az LIC pufferréteg-megoldás jellemzően jelentősen csökkenti a térfogatot és a súlyt a hagyományos akkumulátoros szünetmentes tápellátáshoz képest (körülbelül 50–70%-os térfogatcsökkenés, körülbelül 50–60%-os súlycsökkenés, a tipikus értékek nem nyilvánosan elérhetők, és projekt-alapú ellenőrzést igényelnek), felszabadítva a rackhelyet és a légáramlási erőforrásokat. (A konkrét százalékos érték az összehasonlítandó objektum specifikációitól, szerkezeti elemeitől és hőelvezetési megoldásaitól függ; projekt-specifikus ellenőrzés ajánlott.)

Töltési sebesség javítása: Az LIC nagy sebességű töltési és kisütési képességekkel rendelkezik, és újratöltési sebessége jellemzően magasabb, mint az akkumulátoros megoldásoké (több mint ötszörös sebességnövekedés, közel tízperces gyorstöltés; forrás: hibrid szuperkondenzátor a tipikus ólom-savas akkumulátorok értékeivel szemben). Az újratöltési időt a rendszer teljesítménytartaléka, a töltési stratégia és a hőtervezés határozza meg. Javasolt a „V_hi értékre való újratöltéshez szükséges idő” használata elfogadási mérőszámként, az ismételt impulzusos hőmérséklet-emelkedés értékelésével kombinálva.

Hosszú ciklusidő: A nagyfrekvenciás töltési és kisütési körülmények között az LIC jellemzően hosszabb ciklusidőt és alacsonyabb karbantartási igényt mutat (1 millió ciklus, több mint 6 év élettartam, körülbelül 200-szorosa a hagyományos ólomakkumulátorokénak; forrás: Hibrid szuperkondenzátorok a tipikus ólomakkumulátorokhoz képest). A ciklusidő és a hőmérséklet-emelkedési korlátok meghatározott specifikációktól és vizsgálati körülményektől függenek. A teljes életciklus szempontjából ez segít csökkenteni az üzemeltetési, karbantartási és meghibásodási költségeket.

2. ábra: Hibrid energiatároló rendszer vázlata:

Lítium-ion akkumulátor (másodperces szint) + Lítium-ion kondenzátor LIC (milliszekundumos szintű puffer)

Az NVIDIA GB300 referenciaterv japán Musashi CCP3300SC (3,8 V 3000 F) chipjén alapuló, nyilvánosan elérhető specifikációi szerint nagyobb kapacitássűrűséggel, magasabb feszültséggel és nagyobb kapacitással büszkélkedhet: 4,0 V üzemi feszültséggel és 4500 F kapacitással, ami nagyobb egycellás energiatárolást és erősebb pufferelési képességeket eredményez azonos modulméreten belül, biztosítva a kompromisszumok nélküli milliszekundumos szintű válaszidőt.

Az YMIN SLF sorozatú hibrid szuperkondenzátorok főbb paraméterei:

Névleges feszültség: 4,0 V; Névleges kapacitás: 4500 F

DC belső ellenállás/ESR: ≤0,8 mΩ

Folyamatos kisülési áram: 200A

Üzemi feszültségtartomány: 4,0–2,5 V

A YMIN hibrid szuperkondenzátoron alapuló BBU lokális puffermegoldását felhasználva nagy áramkompenzációt tud biztosítani az egyenáramú sín számára egy milliszekundumos ablakon belül, javítva a sínfeszültség stabilitását. Az azonos rendelkezésre álló energiával és tranziens ablakkal rendelkező más megoldásokhoz képest a pufferréteg jellemzően csökkenti a helyfoglalást és felszabadítja az állványzat erőforrásait. Alkalmasabb nagyfrekvenciás töltésre és kisütésre, valamint gyors helyreállítási követelményekre is, csökkentve a karbantartási nyomást. A konkrét teljesítményt a projekt specifikációi alapján kell ellenőrizni.

Kiválasztási útmutató: Forgatókönyvhöz való pontos illesztés

A mesterséges intelligencia számítási teljesítményének extrém kihívásaival szembesülve az energiaellátó rendszerek innovációja kulcsfontosságú.YMIN SLF 4.0V 4500F hibrid szuperkondenzátorA szilárd, saját fejlesztésű technológiájával nagy teljesítményű, rendkívül megbízható, hazai gyártású BBU pufferréteg-megoldást kínál, amely alapvető támogatást nyújt a mesterséges intelligencia alapú adatközpontok stabil, hatékony és intenzív, folyamatos fejlődéséhez.

Részletes műszaki információkért kérjük, biztosítsunk adatlapokat, tesztadatokat, alkalmazáskiválasztási táblázatokat, mintákat stb. Kérjük, adja meg a legfontosabb információkat is, például: a buszfeszültséget, ΔP/Δt-t, a tér méreteit, a környezeti hőmérsékletet és az élettartamra vonatkozó specifikációkat, hogy gyorsan konfigurációs ajánlásokat tudjunk adni.

Kérdések és válaszok szekció

K: Egy mesterséges intelligencia szerver GPU-terhelése milliszekundumok alatt akár 150%-kal is megnőhet, és a hagyományos ólomakkumulátorok nem tudják ezt tartani. Mi a YMIN lítium-ion szuperkondenzátorok konkrét válaszideje, és hogyan érik el ezt a gyors támogatást?

A: Az YMIN hibrid szuperkondenzátorok (SLF 4.0V 4500F) a fizikai energiatárolás elvén működnek, és rendkívül alacsony belső ellenállással rendelkeznek (≤0,8 mΩ), ami lehetővé teszi a azonnali nagysebességű kisülést 1-50 milliszekundumos tartományban. Amikor a GPU terhelésének hirtelen változása a DC buszfeszültség meredek csökkenését okozza, a GPU szinte késleltetés nélkül képes nagy áramot kibocsátani, közvetlenül kompenzálva a busz teljesítményét, így időt nyerve a háttérbeli BBU tápegység felébredésére és átvételére, biztosítva a zökkenőmentes feszültségátmenetet és elkerülve a feszültségesések okozta számítási hibákat vagy hardverösszeomlásokat.

Összefoglaló a cikk végén

Alkalmazható forgatókönyvek: Alkalmas mesterséges intelligenciával működő szerver rack szintű BBU-khoz (tartalék tápegységekhez) olyan forgatókönyvekben, ahol az egyenáramú busz milliszekundumos szintű tranziens túlfeszültségekkel/feszültségesésekkel szembesül; alkalmazható „hibrid szuperkondenzátor + BBU” helyi pufferarchitektúrára a buszfeszültség stabilizálásához és a tranziens kompenzációhoz rövid távú áramkimaradások, hálózati ingadozások és hirtelen GPU-terhelésváltozások esetén.

Főbb előnyök: Ezredmásodperc-szintű gyors válaszidő (kompenzálja az 1-50 ms-os tranziens ablakokat); alacsony belső ellenállás/nagy áramerősség, ami javítja a buszfeszültség stabilitását és csökkenti a váratlan újraindítások kockázatát; támogatja a nagy sebességű töltést és kisütést, valamint a gyors újratöltést, lerövidítve a tartalék tápellátás helyreállítási idejét; alkalmasabb a nagyfrekvenciás töltési és kisütési körülményekhez a hagyományos akkumulátormegoldásokhoz képest, ami segít csökkenteni a karbantartási nyomást és a teljes életciklus-költségeket.

Ajánlott modell: YMIN Square Hybrid Supercapacitor SLF 4.0V 4500F

Adatok (specifikációk/tesztjelentések/minták) gyűjtése:

Hivatalos weboldal: www.ymin.com
Műszaki forródrót: 021-33617848

Hivatkozások (nyilvános források)

[1] NVIDIA hivatalos nyilvános információs/műszaki blog: Bevezetés a GB300 NVL72 (Power Shelf) rackszintű tranziens simításába/energiatárolásába

[2] Nyilvános jelentések médiától/intézményektől, mint például a TrendForce: GB200/GB300 kapcsolódó LIC alkalmazások és ellátási lánc információk

[3] A Shanghai YMIN Electronics biztosítja az „SLF 4.0V 4500F hibrid szuperkondenzátor specifikációit”