Milisekundės lygio trumpalaikiai galios tarpai dirbtinio intelekto serverių stelažų BBU: kodėl „hibridinis superkondensatorius (LIC) + BBU“ yra tinkamesnis?

Dirbtinio intelekto serverių lentynose, greitai perjungiant apkrovą tarp mokymo ir išvados, patiriami milisekundžių lygio (paprastai 1–50 ms) įtampos šuoliai ir nuolatinės srovės magistralės įtampos kritimai. „NVIDIA“, kurdama „GB300 NVL72“ maitinimo lentynos konstrukciją, mini, kad jos maitinimo lentynoje integruoti energijos kaupimo komponentai ir ji veikia su valdikliu, kad būtų pasiektas greitas trumpalaikis energijos išlyginimas lentynos lygmeniu (žr. nuorodą [1]).

Inžinerijos praktikoje, naudojant „hibridinį superkondensatorių (LIC) + BBU (akumuliatoriaus atsarginį įrenginį)“ netoliese esančiam buferiniam sluoksniui suformuoti, galima atsieti „trumpalaikį atsaką“ ir „trumpalaikį atsarginį energijos tiekimą“: LIC yra atsakingas už milisekundžių lygio kompensaciją, o BBU – už sekundžių–minutių lygio perėmimą. Šiame straipsnyje pateikiamas atkartojamo pasirinkimo metodas inžinieriams, pagrindinių indikatorių sąrašas ir tikrinimo elementai. Kaip pavyzdį imant YMIN SLF 4.0V 4500F (vieno įrenginio ESR ≤ 0,8 mΩ, nuolatinė išlydžio srovė 200 A, parametrai turėtų būti nurodyti specifikacijų lape [3]), jame pateikiami konfigūracijos pasiūlymai ir lyginamoji duomenų parama.

Rack BBU maitinimo šaltiniai perkelia „trumpalaikio galios išlyginimo“ funkciją arčiau apkrovos.

Vieno stelažo energijos suvartojimui pasiekus šimtų kilovatų lygį, dirbtinio intelekto darbo krūviai per trumpą laiką gali sukelti srovės šuolius. Jei magistralės įtampos kritimas viršija sistemos slenkstį, tai gali sukelti pagrindinės plokštės apsaugą, GPU klaidas arba sistemos perkrovimą. Siekiant sumažinti didžiausią poveikį tiekiamo maitinimo šaltiniui ir tinklui, kai kurios architektūros stelažo maitinimo stelaže diegia energijos buferizavimo ir valdymo strategijas, leidžiančias energijos šuolius „sugerti ir išleisti vietoje“ stelaže. Pagrindinė šio dizaino mintis yra ta, kad trumpalaikės problemos pirmiausia turėtų būti sprendžiamos arčiausiai apkrovos esančioje vietoje.

Serveriuose, kuriuose įdiegtos itin didelės galios (kilovatų lygio) GPU, tokios kaip NVIDIA GB200/GB300, pagrindinis iššūkis, su kuriuo susiduria maitinimo sistemos, perėjo nuo tradicinio atsarginio maitinimo prie trumpalaikių milisekundžių ir šimtų kilovatų lygio įtampos šuolių valdymo. Tradiciniai BBU atsarginio maitinimo sprendimai, daugiausia skirti švino rūgšties akumuliatoriams, kenčia nuo reagavimo greičio ir galios tankio apribojimų dėl būdingų cheminių reakcijų vėlavimų, didelės vidinės varžos ir ribotų dinaminio krūvio priėmimo galimybių. Šie trūkumai tapo pagrindiniais veiksniais, ribojančiais vieno stelažo skaičiavimo galios ir sistemos patikimumo gerinimą.

1 lentelė: Trijų lygių hibridinio energijos kaupimo režimo išdėstymo stelaže BBU schema (lentelės schema)

Architektūros evoliucija

Nuo „Baterijos atsarginės kopijos“ iki „Trijų pakopų hibridinio energijos kaupimo režimo“

Tradiciniai BBU daugiausia naudoja baterijas energijai kaupti. Susidūrusios su milisekundžių lygio energijos trūkumu, baterijos, kurias riboja cheminės reakcijos kinetika ir lygiavertė vidinė varža, dažnai reaguoja lėčiau nei kondensatoriniai energijos kaupimo sprendimai. Todėl stelažų sprendimai pradėjo taikyti pakopinę strategiją: „LIC (trumpalaikis) + BBU (trumpalaikis) + UPS/HVDC (ilgalaikis)“:

LIC, prijungtas lygiagrečiai prie nuolatinės srovės magistralės: tvarko milisekundžių lygio galios kompensavimą ir įtampos palaikymą (didelės spartos įkrovimas ir iškrovimas).

BBU (baterija arba kitas energijos kaupimas): tvarko sekundės–minutės lygio perėmimą (sistema, sukurta atsarginės kopijos trukmei).

Duomenų centro lygio UPS/HVDC: užtikrina ilgalaikį nepertraukiamą elektros energijos tiekimą ir reguliavimą tinkle.

Toks darbo pasidalijimas atskiria „greituosius kintamuosius“ ir „lėtuosius kintamuosius“: stabilizuoja magistralę, tuo pačiu sumažinant ilgalaikę energijos kaupimo įrenginių apkrovą ir priežiūros spaudimą.

Išsami analizė: kodėl YMINHibridiniai superkondensatoriai?

„Ymin“ hibridinis superkondensatorius LIC (ličio jonų kondensatorius) struktūriškai sujungia kondensatorių didelės galios charakteristikas su elektrocheminės sistemos dideliu energijos tankiu. Pereinamojo proceso kompensavimo scenarijuose svarbiausia, kad būtų atlaikyta apkrova, yra reikiamos energijos išvestis tiksliniame Δt ir pakankamai didelės impulsinės srovės tiekimas leistiname temperatūros kilimo ir įtampos kritimo diapazone.

Didelė galia: Kai staiga pasikeičia GPU apkrova arba svyruoja elektros tinklas, tradicinių švino rūgšties akumuliatorių dinaminis krūvio priėmimo pajėgumas dėl lėto cheminės reakcijos greičio ir didelės vidinės varžos greitai pablogėja, todėl jie negali reaguoti per milisekundes. Hibridinis superkondensatorius gali atlikti momentinę kompensaciją per 1–50 ms, o po to iš BBU atsarginio maitinimo šaltinio tiekiamas minutės lygio atsarginis maitinimas, užtikrinant stabilią magistralės įtampą ir žymiai sumažinant pagrindinės plokštės ir GPU gedimų riziką.

Tūrio ir svorio optimizavimas: lyginant „ekvivalentišką turimą energiją (nustatytą pagal V_hi→V_lo įtampos langą) + ekvivalentišką pereinamąjį langą (Δt)“, LIC buferinio sluoksnio sprendimas paprastai žymiai sumažina tūrį ir svorį, palyginti su tradicine akumuliatorine atsargine kopija (tūrio sumažėjimas maždaug 50–70 %, svorio sumažėjimas maždaug 50–60 %, tipinės vertės nėra viešai prieinamos ir reikalauja projekto patvirtinimo), atlaisvinant lentynų erdvę ir oro srauto išteklius. (Konkreti procentinė dalis priklauso nuo palyginamojo objekto specifikacijų, konstrukcinių komponentų ir šilumos išsklaidymo sprendimų; rekomenduojama atlikti konkretaus projekto patikrinimą.)

Įkrovimo greičio pagerinimas: SIC pasižymi dideliu įkrovimo ir iškrovimo greičiu, o jo įkrovimo greitis paprastai yra didesnis nei akumuliatorinių sprendimų (greičio padidėjimas daugiau nei 5 kartus, pasiekiamas beveik dešimties minučių greitas įkrovimas; šaltinis: hibridinis superkondensatorius, palyginti su tipinėmis švino-rūgšties akumuliatorių vertėmis). Įkrovimo laikas nustatomas pagal sistemos galios ribą, įkrovimo strategiją ir terminį projektavimą. Rekomenduojama naudoti „laiką, reikalingą įkrovimui iki V_hi“, kaip priėmimo rodiklį kartu su pakartotinio impulso temperatūros kilimo vertinimu.

Ilgas ciklo tarnavimo laikas: SIC paprastai pasižymi ilgesniu ciklo tarnavimo laiku ir mažesniais priežiūros poreikiais esant aukšto dažnio įkrovimo ir iškrovimo sąlygoms (1 milijonas ciklų, per 6 metus, maždaug 200 kartų ilgesnis nei tradicinių švino rūgšties akumuliatorių; šaltinis: hibridiniai superkondensatoriai, palyginti su tipiniais švino rūgšties akumuliatoriais). Ciklo tarnavimo laikas ir temperatūros kilimo ribos priklauso nuo konkrečių specifikacijų ir bandymo sąlygų. Žvelgiant iš viso gyvavimo ciklo perspektyvos, tai padeda sumažinti eksploatavimo, priežiūros ir gedimų išlaidas.

2 pav.: Hibridinės energijos kaupimo sistemos schema:

Ličio jonų akumuliatorius (sekundės lygio) + ličio jonų kondensatorius LIC (milisekundės lygio buferis)

Sukurtas remiantis japonišku „NVIDIA GB300“ etaloniniu dizainu, pagamintu pagal „Musashi CCP3300SC“ (3,8 V, 3000 F), jis pasižymi didesniu talpos tankiu, aukštesne įtampa ir didesne talpa pagal viešai prieinamas specifikacijas: 4,0 V darbinė įtampa ir 4500 F talpa, todėl tame pačiame modulio dydyje yra didesnė vienos ląstelės energijos kaupimo galia ir geresnės buferizavimo galimybės, užtikrinant nepriekaištingą milisekundžių lygio atsaką.

Pagrindiniai YMIN SLF serijos hibridinių superkondensatorių parametrai:

Nominali įtampa: 4,0 V; Nominali talpa: 4500 F

Nuolatinės srovės vidinė varža / ESR: ≤0,8 mΩ

Nuolatinė iškrovos srovė: 200A

Darbinės įtampos diapazonas: 4,0–2,5 V

Naudodamas YMIN hibridinį superkondensatorių pagrindu veikiantį BBU vietinį buferinį sprendimą, jis gali užtikrinti didelę srovės kompensavimą nuolatinės srovės šynoje per milisekundės langą, pagerindamas šynos įtampos stabilumą. Palyginti su kitais sprendimais, turinčiais tą patį prieinamą energiją ir pereinamąjį langą, buferinis sluoksnis paprastai sumažina užimamą vietą ir atlaisvina stelažo išteklius. Jis taip pat labiau tinka aukšto dažnio įkrovimui ir iškrovimui bei greito atkūrimo reikalavimams, sumažinant priežiūros spaudimą. Konkretus našumas turėtų būti patikrintas pagal projekto specifikacijas.

Atrankos vadovas: tikslus atitikimas scenarijui

Susidūrus su dideliais dirbtinio intelekto skaičiavimo galios iššūkiais, labai svarbu diegti inovacijas energijos tiekimo sistemose.YMIN SLF 4.0V 4500F hibridinis superkondensatorius, naudodama savo patikimą patentuotą technologiją, teikia didelio našumo, labai patikimą vietinės gamybos BBU buferinio sluoksnio sprendimą, užtikrindama pagrindinę paramą stabiliai, efektyviai ir intensyviai nuolatinei dirbtinio intelekto duomenų centrų evoliucijai.

Jei jums reikia išsamios techninės informacijos, galime pateikti: duomenų lapus, bandymų duomenis, taikymo pasirinkimo lenteles, pavyzdžius ir kt. Taip pat pateikite pagrindinę informaciją, pvz., magistralės įtampą, ΔP/Δt, erdvės matmenis, aplinkos temperatūrą ir tarnavimo laiko specifikacijas, kad galėtume greitai pateikti konfigūracijos rekomendacijas.

Klausimų ir atsakymų skyrius

K: Dirbtinio intelekto serverio GPU apkrova per milisekundes gali išaugti 150 %, o tradicinės švino-rūgšties baterijos negali to išlaikyti. Koks yra konkretus YMIN ličio jonų superkondensatorių atsako laikas ir kaip pasiekti tokį greitą palaikymą?

A: YMIN hibridiniai superkondensatoriai (SLF 4.0V 4500F) veikia fizinio energijos kaupimo principais ir pasižymi itin maža vidine varža (≤0,8 mΩ), todėl užtikrinamas momentinis didelės spartos iškrovimas per 1–50 milisekundžių. Kai staigus GPU apkrovos pokytis sukelia staigų nuolatinės srovės magistralės įtampos kritimą, jis gali beveik be vėlavimo išleisti didelę srovę, tiesiogiai kompensuodamas magistralės galią ir taip suteikdamas laiko galiniam BBU maitinimo šaltiniui pabusti ir perimti valdymą, užtikrindamas sklandų įtampos perėjimą ir išvengdamas skaičiavimo klaidų ar aparatinės įrangos gedimų, kuriuos sukelia įtampos kritimai.

Santrauka šio straipsnio pabaigoje

Taikomi scenarijai: tinka dirbtinio intelekto serverių stovo lygio BBU (atsarginio maitinimo blokams) tais atvejais, kai nuolatinės srovės magistralė susiduria su milisekundžių lygio trumpalaikiais įtampos šuoliais / kritimais; taikoma „hibridinio superkondensatoriaus + BBU“ vietinei buferio architektūrai, skirtai magistralės įtampos stabilizavimui ir trumpalaikiam kompensavimui esant elektros energijos tiekimo sutrikimams, tinklo svyravimams ir staigiems GPU apkrovos pokyčiams.

Pagrindiniai privalumai: milisekundžių lygio greitas atsakas (kompensuojantis 1–50 ms trumpalaikius langus); maža vidinė varža / didelės srovės palaikymas, pagerinantis magistralės įtampos stabilumą ir sumažinantis netikėto paleidimo iš naujo riziką; palaiko greitą įkrovimą ir iškrovimą bei greitą įkrovimą, sutrumpinantis atsarginės energijos atkūrimo laiką; labiau tinka aukšto dažnio įkrovimo ir iškrovimo sąlygoms, palyginti su tradiciniais akumuliatorių sprendimais, padeda sumažinti priežiūros spaudimą ir bendras gyvavimo ciklo sąnaudas.

Rekomenduojamas modelis: YMIN kvadratinis hibridinis superkondensatorius SLF 4.0V 4500F

Duomenų (specifikacijų / bandymų ataskaitų / pavyzdžių) gavimas:

Oficiali svetainė: www.ymin.com
Techninė linija: 021-33617848

Nuorodos (viešieji šaltiniai)

[1] Oficialus NVIDIA viešas informacijos / techninis tinklaraštis: Įvadas į GB300 NVL72 (maitinimo lentynos) stelažinio lygio pereinamųjų procesų išlyginimą / energijos kaupimą

[2] Vieši žiniasklaidos / institucijų, tokių kaip „TrendForce“, pranešimai: su GB200 / GB300 susijusios LIC programos ir tiekimo grandinės informacija

[3] „Shanghai YMIN Electronics“ pateikia „SLF 4.0V 4500F hibridinio superkondensatoriaus specifikacijas“.