Перехідні розриви потужності на мілісекундному рівні в стійкових блоках живлення (BBU) серверів штучного інтелекту: чому «гібридний суперконденсатор (LIC) + BBU» є більш доцільним?

Стійки серверів штучного інтелекту зазнають мілісекундних (зазвичай 1–50 мс) стрибків напруги та падінь напруги шини постійного струму під час швидкого перемикання між навчальним навантаженням та навантаженням, що виводиться, залежно від моделі. NVIDIA у своїй конструкції стійки живлення GB300 NVL72 зазначає, що її стійка живлення інтегрує компоненти накопичення енергії та працює з контролером для досягнення швидкого згладжування перехідних процесів живлення на рівні стійки (див. посилання [1]).

В інженерній практиці використання «гібридного суперконденсатора (LIC) + BBU (блок резервного живлення від акумулятора)» для формування сусіднього буферного шару може роз'єднати «перехідну реакцію» та «короткочасне резервне живлення»: LIC відповідає за компенсацію на мілісекундному рівні, а BBU — за перемикання на секундному та хвилинному рівнях. У цій статті пропонується відтворюваний підхід до вибору для інженерів, перелік ключових показників та елементів перевірки. На прикладі YMIN SLF 4.0V 4500F (ESR для одного блоку ≤0.8mΩ, безперервний струм розряду 200A, параметри слід відповідати специфікації [3]) наведено пропозиції щодо конфігурації та порівняльну підтримку даних.

Блоки живлення стійкових BBU переміщують «згладжування перехідних процесів живлення» ближче до навантаження.

Оскільки споживання енергії однією стійкою досягає рівня сотень кіловат, робочі навантаження штучного інтелекту можуть спричинити різкі скачки струму за короткий час. Якщо падіння напруги на шині перевищує системний поріг, це може спрацювати захист материнської плати, помилки графічного процесора або перезавантаження. Щоб зменшити піковий вплив на джерело живлення вище за течією та мережу, деякі архітектури впроваджують стратегії буферизації та керування енергією всередині стійки живлення стійки, що дозволяє «поглинати та вивільняти сплески потужності локально» всередині стійки. Основний посил цього проекту полягає в тому, що проблеми з тимчасовими процесами слід вирішувати спочатку в місці, найближчому до навантаження.

У серверах, оснащених надпотужними (кіловатного рівня) графічними процесорами, такими як NVIDIA GB200/GB300, основна проблема, з якою стикаються системи живлення, змістилася від традиційного резервного живлення до обробки короткочасних стрибків напруги на мілісекундних та сотнях кіловатних рівнях. Традиційні рішення резервного живлення BBU, зосереджені на свинцево-кислотних акумуляторах, страждають від вузьких місць у швидкості відгуку та щільності потужності через властиві затримки хімічних реакцій, високий внутрішній опір та обмежені можливості динамічного прийняття заряду. Ці вузькі місця стали ключовими факторами, що обмежують підвищення обчислювальної потужності та надійності систем в одній стійці.

Таблиця 1: Принципова схема розташування трирівневого гібридного режиму накопичення енергії в стійці BBU (таблична діаграма)

Еволюція архітектури

Від «резервного живлення від батареї» до «трирівневого гібридного режиму накопичення енергії»

Традиційні BBU (акумуляторні батареї) в основному покладаються на акумулятори для зберігання енергії. Зіткнувшись з дефіцитом потужності на мілісекундному рівні, акумулятори, обмежені кінетикою хімічних реакцій та еквівалентним внутрішнім опором, часто реагують менш швидко, ніж накопичувачі енергії на основі конденсаторів. Тому рішення для зберігання енергії на боці стійок почали застосовувати багаторівневу стратегію: «LIC (перехідний) + BBU (короткочасний) + UPS/HVDC (тривалий)»:

LIC, підключений паралельно поблизу шини постійного струму: виконує компенсацію потужності на мілісекундному рівні та підтримку напруги (високошвидкісний заряд і розряд).

BBU (акумулятор або інше накопичувач енергії): обробляє перехід на секундний та хвилинний рівень (система, розроблена для резервного часу).

ДБЖ/ВВДК рівня центру обробки даних: забезпечує довгострокове безперебійне живлення та регулювання з боку мережі.

Такий розподіл праці розділяє «швидкі змінні» та «повільні змінні»: стабілізація автобуса, одночасно зменшуючи довгострокове навантаження та навантаження на технічне обслуговування накопичувачів енергії.

Поглиблений аналіз: Чому YMINГібридні суперконденсатори?

Гібридний суперконденсатор ymin LIC (літій-іонний конденсатор) структурно поєднує високі потужні характеристики конденсаторів з високою щільністю енергії електрохімічної системи. У сценаріях компенсації перехідних процесів ключем до витримування навантаження є: видача необхідної енергії в межах цільового Δt та подача достатньо великого імпульсного струму в межах допустимого діапазону підвищення температури та падіння напруги.

Висока вихідна потужність: Коли навантаження графічного процесора різко змінюється або електромережа коливається, традиційні свинцево-кислотні акумулятори, через повільну швидкість хімічної реакції та високий внутрішній опір, швидко погіршують свою здатність до динамічного заряджання, що призводить до неможливості реагувати протягом мілісекунд. Гібридний суперконденсатор може виконати миттєву компенсацію протягом 1-50 мс, а потім забезпечити резервне живлення хвилинного рівня від резервного джерела живлення BBU, забезпечуючи стабільну напругу шини та значно знижуючи ризик збоїв материнської плати та графічного процесора.

Оптимізація об'єму та ваги: ​​Під час порівняння «еквівалентної доступної енергії (визначеної вікном напруги V_hi→V_lo) + еквівалентного вікна перехідних процесів (Δt)», рішення буферного шару LIC зазвичай значно зменшує об'єм та вагу порівняно з традиційним резервним живленням від батарей (зменшення об'єму приблизно на 50%–70%, зменшення ваги приблизно на 50%–60%, типові значення не є загальнодоступними та потребують перевірки проекту), звільняючи місце в стійці та ресурси для потоку повітря. (Конкретний відсоток залежить від специфікацій, структурних компонентів та рішень для розсіювання тепла об'єкта порівняння; рекомендується перевірка для конкретного проекту.)

Покращення швидкості заряджання: LIC має можливості високошвидкісного заряджання та розряджання, а швидкість його перезаряджання зазвичай вища, ніж у акумуляторних рішень (покращення швидкості більш ніж у 5 разів, досягнення майже десятихвилинної швидкої зарядки; джерело: значення гібридного суперконденсатора порівняно з типовими свинцево-кислотними акумуляторами). Час перезаряджання визначається запасом потужності системи, стратегією заряджання та тепловим проектуванням. Рекомендується використовувати «час, необхідний для перезаряджання до V_hi» як показник прийнятності, у поєднанні з оцінкою підвищення температури за допомогою повторних імпульсів.

Тривалий термін служби: LIC зазвичай демонструє довший термін служби та нижчі вимоги до обслуговування в умовах високочастотного заряду та розряду (1 мільйон циклів, понад 6 років терміну служби, приблизно в 200 разів більше, ніж у традиційних свинцево-кислотних акумуляторів; джерело: Гібридні суперконденсатори порівняно з типовими свинцево-кислотними акумуляторами). Термін служби та обмеження підвищення температури залежать від конкретних специфікацій та умов випробувань. З точки зору повного життєвого циклу, це допомагає знизити витрати на експлуатацію, обслуговування та усунення несправностей.

Рисунок 2: Схема гібридної системи накопичення енергії:

Літій-іонний акумулятор (секундний рівень) + літій-іонний конденсатор LIC (буфер мілісекундного рівня)

Базований на японському чіпі Musashi CCP3300SC (3.8V 3000F) референсного дизайну NVIDIA GB300, він може похвалитися вищою щільністю ємності, вищою напругою та більшою ємністю згідно з публічно доступними характеристиками: робоча напруга 4.0V та ємність 4500F, що призводить до більшого накопичення енергії в одній комірці та потужніших можливостей буферизації в рамках того ж розміру модуля, забезпечуючи безкомпромісний відгук на рівні мілісекунд.

Основні параметри гібридних суперконденсаторів серії YMIN SLF:

Номінальна напруга: 4,0 В; Номінальна ємність: 4500 ΔF

Внутрішній опір постійному струму/ESR: ≤0,8 мОм

Безперервний струм розряду: 200 А

Діапазон робочої напруги: 4,0–2,5 В

Використовуючи гібридне рішення BBU для локального буферу на основі суперконденсаторів від YMIN, воно може забезпечити високу компенсацію струму шини постійного струму протягом мілісекундного вікна, покращуючи стабільність напруги шини. Порівняно з іншими рішеннями з такою ж доступною енергією та перехідним вікном, буферний шар зазвичай зменшує зайнятий простір та звільняє ресурси стійки. Він також більше підходить для високочастотної зарядки та розрядки та вимог швидкого відновлення, зменшуючи навантаження на обслуговування. Конкретні характеристики слід перевіряти на основі специфікацій проекту.

Посібник з вибору: точне узгодження зі сценарієм

Зіткнувшись з надзвичайними викликами обчислювальної потужності штучного інтелекту, інновації в системах живлення мають вирішальне значення.Гібридний суперконденсатор YMIN SLF 4.0V 4500F, завдяки своїй надійній запатентованій технології, забезпечує високопродуктивне, дуже надійне рішення буферного рівня BBU вітчизняного виробництва, забезпечуючи основну підтримку для стабільної, ефективної та інтенсивної безперервної еволюції центрів обробки даних зі штучним інтелектом.

Якщо вам потрібна детальна технічна інформація, ми можемо надати: технічні паспорти, дані випробувань, таблиці вибору застосувань, зразки тощо. Будь ласка, також надайте ключову інформацію, таку як: напруга шини, ΔP/Δt, розміри простору, температура навколишнього середовища та термін служби, щоб ми могли швидко надати рекомендації щодо конфігурації.

Розділ питань і відповідей

З: Навантаження графічного процесора сервера штучного інтелекту може зрости на 150% протягом мілісекунд, і традиційні свинцево-кислотні акумулятори не можуть з цим впоратися. Який питомий час відгуку літій-іонних суперконденсаторів YMIN і як досягти такої швидкої підтримки?

A: Гібридні суперконденсатори YMIN (SLF 4.0V 4500F) базуються на принципах фізичного накопичення енергії та мають надзвичайно низький внутрішній опір (≤0.8mΩ), що забезпечує миттєвий високошвидкісний розряд у діапазоні 1-50 мілісекунд. Коли раптова зміна навантаження графічного процесора викликає різке падіння напруги шини постійного струму, він може вивільнити великий струм майже без затримки, безпосередньо компенсуючи живлення шини, таким чином купуючи час для пробудження та переходу на роботу блоку живлення BBU, забезпечуючи плавний перехід напруги та уникаючи обчислювальних помилок або збоїв обладнання, спричинених падінням напруги.

Підсумок у кінці цієї статті

Застосовувані сценарії: підходить для резервних блоків живлення (BBU) на рівні стійки для серверів штучного інтелекту в сценаріях, коли шина постійного струму стикається з мілісекундними короткочасними стрибками/падіннями напруги; застосовно до архітектури локального буфера «гібридний суперконденсатор + BBU» для стабілізації напруги шини та компенсації перехідних процесів під час короткочасних відключень живлення, коливань мережі та раптових змін навантаження на графічний процесор.

Основні переваги: ​​швидкий відгук на рівні мілісекунд (компенсація перехідних вікон 1-50 мс); низький внутрішній опір/висока струмова здатність, що покращує стабільність напруги шини та зменшує ризик непередбачених перезапусків; підтримує високошвидкісну зарядку та розрядку, а також швидку перезарядку, скорочуючи час відновлення резервного живлення; більше підходить для умов високочастотної зарядки та розрядки порівняно з традиційними рішеннями для акумуляторів, що допомагає знизити навантаження на обслуговування та загальні витрати на життєвий цикл.

Рекомендована модель: Квадратний гібридний суперконденсатор YMIN SLF 4.0V 4500F

Збір даних (специфікації/звіти випробувань/зразки):

Офіційний веб-сайт: www.ymin.com
Технічна гаряча лінія: 021-33617848

Посилання (загальнодоступні джерела)

[1] Офіційний публічний інформаційний/технічний блог NVIDIA: Вступ до згладжування перехідних процесів/накопичення енергії на рівні стійки GB300 NVL72 (Power Shelf)

[2] Публічні звіти ЗМІ/установ, таких як TrendForce: Заявки LIC, пов'язані з GB200/GB300, та інформація про ланцюги поставок

[3] Компанія Shanghai YMIN Electronics надає «Специфікації гібридного суперконденсатора SLF 4.0V 4500F»