Блоки питания серверов: основная движущая сила в эпоху искусственного интеллекта

В эпоху ИИ быстрый рост плотности вычислений и энергопотребления создал беспрецедентные проблемы для серверных блоков питания. Согласно статистике, ожидается, что к 2025 году мировой рынок серверных блоков питания достигнет 31,6 млрд юаней, а на китайский рынок придется 9,1 млрд юаней. За этим ростом рынка стоит высокий спрос на эффективное и стабильное электропитание в центрах обработки данных. Серверы ИИ требуют более высокой вычислительной мощности, что также означает более высокое энергопотребление. В результате серверные блоки питания стали незаменимым основным компонентом в центрах обработки данных.

Высокий спрос на электроэнергию стимулирует технологические инновации в области серверных блоков питания

По мере увеличения сложности вычислительных задач ИИ растут и требования к мощности серверных источников питания. Традиционные кремниевые источники питания с трудом справляются с этими требованиями, особенно с точки зрения высокой плотности мощности и эффективности. Например, средняя мощность серверной стойки 6U ИИ достигла 10,5 кВт, что эквивалентно годовому потреблению электроэнергии 100 человек. Чтобы удовлетворить эти требования, конструкция источников питания претерпевает технологические инновации, и в качестве новых основных вариантов появляются полупроводниковые материалы третьего поколения, такие как нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC). Устройства GaN обычно достигают энергоэффективности 94% и могут уменьшить физический размер модулей питания на 40%.

Нитрид галлия и карбид кремния: будущие звезды серверных блоков питания

Нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC) быстро растут в области серверных источников питания. Широкие характеристики запрещенной зоны GaN делают его превосходным в высоковольтных и высокочастотных приложениях, значительно снижая сопротивление проводимости и потери переключения, тем самым повышая энергоэффективность. Например, серверный источник питания GaN мощностью 3000 Вт от Хуавей, основанный на конструкции переключателя GaN от Инфинеон, имеет плотность мощности более 90 Вт/дюйм³ с энергоэффективностью более 94%.

Напротив, SiC, с его более высоким пробивным напряжением и скоростью переключения, выгоден в мощных приложениях свыше 4 кВт. Например, Инфинеон недавно выпустила 2000-вольтовый SiC МОП-транзистор с пробивным напряжением, намного превышающим 650 В у GaN, подходящий для модульных систем ИБП, требующих высоких уровней напряжения. Устройства SiC не только повышают энергоэффективность, но и поддерживают более высокую стабильность системы при полной нагрузке, что имеет решающее значение для приложений с плотностью мощности, превышающей 135 Вт/дюйм³.

Проблемы питания в центрах обработки данных и инновации в области серверных источников питания

Потребности в электроэнергии в центрах обработки данных быстро растут, особенно под влиянием серверов искусственного интеллекта. Например, недавно выпущенный графический процессор NVIDIA B200 ИИ имеет потребляемую мощность при полной нагрузке до 1200 Вт, в то время как общая потребляемая мощность DGX B200, аппаратной платформы с 8 графическими процессорами, достигает 14,3 кВт. Такие высокие потребности в электроэнергии делают традиционные конструкции блоков питания неустойчивыми, требуя более продвинутых конструкций серверных блоков питания, таких как архитектуры без мостовой коррекции коэффициента мощности (ПФК). Модуль питания Навитас Полупроводник CPRS185 мощностью 3200 Вт, основанный на этой конструкции, достигает плотности мощности 100 Вт/дюйм³ с эффективностью, превышающей 96%, что имеет важное значение для повышения энергоэффективности центра обработки данных.

Тенденции рынка серверных блоков питания: от кремниевых до полупроводников третьего поколения

С развитием технологий искусственного интеллекта рынок источников питания серверов претерпевает существенные изменения. Хотя в настоящее время доминируют источники питания на основе кремния, применение полупроводниковых материалов третьего поколения стремительно расширяется. Согласно маркетинговым исследованиям, ожидается, что доля рынка модулей питания GaN и SiC значительно увеличится к 2025 году. Эти новые материалы могут значительно повысить энергоэффективность и снизить потребление энергии в центрах обработки данных. Например, новейшие модули ИБП SiC могут повысить эффективность до более чем 98% при одновременном снижении объема системы на 30%, что имеет решающее значение для снижения совокупной стоимости владения (ТШО) центрами обработки данных.

Будущее серверных блоков питания: движение к плотности мощности 10 кВт и выше

Поскольку требования к мощности серверов ИИ продолжают расти, будущие серверные блоки питания превзойдут существующие ограничения мощности, приближаясь к 10 кВт и даже выше. Навитас Полупроводник планирует выпустить серверную платформу питания, поддерживающую 8-10 кВт, к концу этого года с плотностью мощности, превышающей 135 Вт/дюйм³, и эффективностью, достигающей более 97% при полной нагрузке. Эти новые платформы будут сочетать технологии GaN и SiC для обеспечения эффективного питания при дальнейшем уменьшении размера модулей питания, обеспечивая надежную поддержку питания для серверов ИИ.

Экологические и энергосберегающие преимущества серверных источников питания. Технологические инновации.

Технология полупроводников третьего поколения не только обеспечивает значительное повышение производительности, но и значительно снижает углеродный след центров обработки данных. Например, серверные блоки питания GaN с их высокой эффективностью и компактной конструкцией снижают потребление энергии в центрах обработки данных, а также снижают требования к охлаждению, что особенно важно в контексте все более строгих глобальных экологических норм. Прогнозируется, что серверные блоки питания с использованием полупроводников третьего поколения могут снизить потребление энергии в центрах обработки данных на 15–20%, что не только способствует экономии энергии, но и снижает эксплуатационные расходы.

Экономическая эффективность эффективных серверных блоков питания

По мере развития технологий питания серверов, особенно с применением GaN и SiC, ожидается значительное снижение эксплуатационных расходов центров обработки данных. Высокоэффективные модули питания сокращают потери энергии, снижая расходы на электроэнергию. Например, серверный блок питания мощностью 3200 Вт с использованием новейшей технологии GaN достигает эффективности более 96% в диапазоне нагрузки 20%-60%, что значительно превышает стандарт 80PLUS Титан. Это означает, что центры обработки данных могут эффективно контролировать расходы на электроэнергию, сохраняя при этом высокопроизводительные вычисления, улучшая общую окупаемость инвестиций (Рентабельность инвестиций).

Усиление глобальной конкуренции на рынке серверных блоков питания

Под влиянием рыночного спроса в эпоху ИИ конкуренция на рынке серверных источников питания становится все более жесткой. Крупные производители вкладывают значительные средства в исследования и разработки технологий GaN и SiC, чтобы захватить долю рынка. Такие компании, как Инфинеон и Навитас Полупроводник, уже выпустили несколько высокопроизводительных модулей питания для удовлетворения потребностей в высокомощном и высокоплотном питании будущих серверов ИИ. В ближайшие годы рынок станет свидетелем новых прорывов в технологии питания на основе полупроводников третьего поколения, что еще больше повысит общую производительность и надежность серверных источников питания.

Проблемы и возможности цепочки поставок серверных блоков питания

Поскольку спрос на полупроводниковые материалы третьего поколения быстро растет, рынок серверных блоков питания сталкивается с проблемами цепочки поставок. Поставки сырья для устройств GaN и SiC ограничены, а сложный производственный процесс может замедлить выпуск на рынок новых продуктов. Однако это также открывает возможности для стратегического сотрудничества и инвестиций в расширение мощностей. Ожидается, что в течение следующих пяти лет основные мировые производители серверных блоков питания ускорят массовое производство полупроводниковых материалов третьего поколения, что приведет отрасль в целом к ​​повышению эффективности.

Заключение: Направление развития серверных источников питания в эпоху ИИ

В эпоху ИИ технологические инновации в серверных источниках питания имеют решающее значение. Полупроводниковые материалы третьего поколения, такие как GaN и SiC, предлагают новые возможности для проектирования источников питания с высокой плотностью мощности и высокой эффективностью. Поскольку глобальные приложения ИИ продолжают расширяться, рынок серверных источников питания будет продолжать расти, и компании должны воспользоваться этой тенденцией, активно внедряя полупроводниковые технологии третьего поколения, чтобы оставаться впереди на жестко конкурентном рынке. В будущем серверные источники питания будут развиваться в направлении более высоких плотностей мощности и более высокой эффективности, обеспечивая надежную поддержку стабильной работы центров обработки данных.