Przejściowe przerwy w zasilaniu rzędu milisekund w jednostkach BBU szaf serwerowych AI: Dlaczego bardziej odpowiednim rozwiązaniem jest hybrydowy superkondensator (LIC) + BBU?

W szafach serwerowych AI występują przepięcia rzędu milisekund (zwykle 1–50 ms) oraz spadki napięcia na szynie DC podczas szybkiego przełączania między obciążeniami treningowymi a obciążeniami wnioskowania. W projekcie szafy zasilającej GB300 NVL72 firmy NVIDIA wspomniano, że jej szafa integruje komponenty magazynowania energii i współpracuje z kontrolerem, aby zapewnić szybkie wygładzanie napięcia przejściowego na poziomie szafy (patrz źródło [1]).

W praktyce inżynierskiej użycie „hybrydowego superkondensatora (LIC) + BBU (jednostki zapasowej baterii)” do utworzenia pobliskiej warstwy buforowej może rozdzielić „odpowiedź przejściową” i „krótkoterminowe zasilanie awaryjne”: LIC odpowiada za kompensację na poziomie milisekund, a BBU za przejmowanie kontroli na poziomie sekund do minut. Niniejszy artykuł przedstawia powtarzalne podejście do wyboru dla inżynierów, listę kluczowych wskaźników i elementy weryfikacji. Biorąc za przykład YMIN SLF 4,0 V 4500F (pojedyncza jednostka ESR ≤ 0,8 mΩ, ciągły prąd rozładowania 200 A, parametry należy sprawdzić w karcie specyfikacji [3]), dostarcza on sugestii dotyczących konfiguracji i wsparcia danych porównawczych.

Zasilacze Rack BBU przesuwają „wygładzanie mocy przejściowej” bliżej obciążenia.

Gdy pobór mocy pojedynczej szafy sięga setek kilowatów, obciążenia AI mogą powodować skoki napięcia w krótkim czasie. Jeśli spadek napięcia na magistrali przekroczy próg systemowy, może to spowodować zadziałanie zabezpieczenia płyty głównej, błędy GPU lub restarty. Aby zmniejszyć wpływ szczytowych wartości na zasilanie sieciowe i sieci, niektóre architektury wprowadzają buforowanie energii i strategie sterowania w szafie zasilającej, umożliwiając „absorbowanie i lokalne rozładowywanie” skoków napięcia w szafie. Główne przesłanie tego projektu brzmi: problemy przejściowe należy rozwiązywać w pierwszej kolejności w miejscu najbliższym obciążenia.

W serwerach wyposażonych w procesory graficzne o ultrawysokiej mocy (na poziomie kilowatów), takie jak NVIDIA GB200/GB300, główne wyzwanie stojące przed systemami zasilania przesunęło się z tradycyjnego zasilania awaryjnego na radzenie sobie z chwilowymi skokami napięcia rzędu milisekund i setek kilowatów. Tradycyjne rozwiązania zasilania awaryjnego BBU, oparte na akumulatorach kwasowo-ołowiowych, charakteryzują się wąskimi gardłami w zakresie szybkości reakcji i gęstości mocy z powodu opóźnień reakcji chemicznych, wysokiej rezystancji wewnętrznej i ograniczonej zdolności dynamicznego przyjmowania ładunku. Te wąskie gardła stały się kluczowymi czynnikami ograniczającymi poprawę mocy obliczeniowej i niezawodności systemów w obudowach jedno-szafowych.

Tabela 1: Schematyczny diagram rozmieszczenia trzypoziomowego hybrydowego magazynu energii w szafie BBU (schemat tabelaryczny)

Ewolucja architektury

Od „zapasowego akumulatora” do „trójpoziomowego hybrydowego trybu magazynowania energii”

Tradycyjne systemy BBU opierają się głównie na akumulatorach do magazynowania energii. W obliczu niedoborów mocy rzędu milisekund, akumulatory, ograniczone kinetyką reakcji chemicznych i równoważną rezystancją wewnętrzną, często reagują wolniej niż magazyny energii oparte na kondensatorach. Dlatego rozwiązania rackowe zaczęły przyjmować strategię wielopoziomową: „LIC (przejściowe) + BBU (krótkotrwałe) + UPS/HVDC (długotrwałe)”:

Układ LIC połączony równolegle w pobliżu szyny DC: odpowiada za kompensację mocy na poziomie milisekund i podtrzymanie napięcia (szybkie ładowanie i rozładowywanie).

BBU (bateria lub inny system magazynowania energii): przejmuje kontrolę na poziomie sekund lub minut (system zaprojektowany na czas podtrzymania).

UPS/HVDC na poziomie centrum danych: zapewnia długoterminowe, nieprzerwane zasilanie i regulację sieci.

Ten podział pracy oddziela „szybkie zmienne” od „wolnych zmiennych”, stabilizując magistralę, a jednocześnie zmniejszając długoterminowe obciążenie i presję konserwacyjną na jednostki magazynujące energię.

Szczegółowa analiza: Dlaczego YMINHybrydowe superkondensatory?

Hybrydowy superkondensator LIC (kondensator litowo-jonowy) firmy ymin łączy w sobie cechy kondensatorów o wysokiej mocy z wysoką gęstością energii układu elektrochemicznego. W scenariuszach kompensacji przejściowej kluczem do utrzymania obciążenia jest: dostarczenie wymaganej energii w zakresie docelowego Δt oraz dostarczenie wystarczająco dużego prądu impulsowego w dopuszczalnym zakresie wzrostu temperatury i spadku napięcia.

Wysoka moc wyjściowa: W przypadku nagłych zmian obciążenia GPU lub wahań napięcia w sieci energetycznej, tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe, ze względu na powolne tempo reakcji chemicznych i wysoką rezystancję wewnętrzną, szybko tracą zdolność do dynamicznego przyjmowania ładunku, co uniemożliwia reakcję w ciągu milisekund. Hybrydowy superkondensator może dokonać natychmiastowej kompensacji w ciągu 1–50 ms, a następnie uzyskać minutowe zasilanie awaryjne z zasilacza BBU, zapewniając stabilne napięcie magistrali i znacznie zmniejszając ryzyko awarii płyty głównej i GPU.

Optymalizacja objętości i masy: Porównując „równoważną dostępną energię (określoną przez okno napięciowe V_hi→V_lo) + równoważne okno przejściowe (Δt)”, rozwiązanie warstwy buforowej LIC zazwyczaj znacząco zmniejsza objętość i masę w porównaniu z tradycyjnym zasilaniem bateryjnym (redukcja objętości o około 50%–70%, redukcja masy o około 50%–60%, typowe wartości nie są publicznie dostępne i wymagają weryfikacji projektu), zwalniając miejsce w szafie i zasoby przepływu powietrza. (Konkretny procent zależy od specyfikacji, komponentów konstrukcyjnych i rozwiązań rozpraszania ciepła obiektu porównawczego; zalecana jest weryfikacja specyficzna dla projektu).

Poprawa szybkości ładowania: LIC charakteryzuje się możliwością szybkiego ładowania i rozładowywania, a jego szybkość ładowania jest zazwyczaj wyższa niż w przypadku rozwiązań akumulatorowych (ponad 5-krotna poprawa szybkości, umożliwiająca szybkie ładowanie trwające blisko dziesięć minut; źródło: hybrydowy superkondensator w porównaniu z typowymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi). Czas ładowania zależy od zapasu mocy systemu, strategii ładowania i konstrukcji termicznej. Zaleca się stosowanie „czasu ładowania do V_hi” jako miary akceptacji, w połączeniu z oceną powtarzalnego wzrostu temperatury impulsowej.

Długi cykl życia: Akumulatory LIC charakteryzują się zazwyczaj dłuższym cyklem życia i niższymi wymaganiami konserwacyjnymi w warunkach ładowania i rozładowywania o wysokiej częstotliwości (1 milion cykli, ponad 6 lat żywotności, około 200 razy więcej niż tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe; źródło: hybrydowe superkondensatory w porównaniu z typowymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi). Cykl życia i limity wzrostu temperatury zależą od szczegółowych specyfikacji i warunków testowych. Z perspektywy całego cyklu życia, pomaga to obniżyć koszty eksploatacji, konserwacji i awarii.

Rysunek 2: Schemat hybrydowego systemu magazynowania energii:

Akumulator litowo-jonowy (poziom drugiej minuty) + kondensator litowo-jonowy LIC (bufor poziomu milisekundowego)

Moduł ten, oparty na japońskim projekcie referencyjnym NVIDIA GB300 Musashi CCP3300SC (3,8 V 3000 F), charakteryzuje się większą gęstością pojemności, wyższym napięciem i większą pojemnością w publicznie dostępnych specyfikacjach: napięcie robocze 4,0 V i pojemność 4500 F, co przekłada się na większą pojemność magazynowania energii w pojedynczych ogniwach i silniejsze możliwości buforowania przy takim samym rozmiarze modułu, gwarantując bezkompromisową reakcję na poziomie milisekund.

Kluczowe parametry hybrydowych superkondensatorów serii YMIN SLF:

Napięcie znamionowe: 4,0 V; Pojemność nominalna: 4500 F

Rezystancja wewnętrzna prądu stałego/ESR: ≤0,8 mΩ

Ciągły prąd rozładowania: 200A

Zakres napięcia roboczego: 4,0–2,5 V

Wykorzystując hybrydowe rozwiązanie buforowe BBU firmy YMIN, oparte na superkondensatorach, zapewnia ono wysoką kompensację prądu w magistrali DC w ciągu milisekundy, poprawiając stabilność napięcia magistrali. W porównaniu z innymi rozwiązaniami o takiej samej dostępnej energii i oknie przejściowym, warstwa buforowa zazwyczaj zmniejsza zajmowaną przestrzeń i uwalnia zasoby w szafie. Jest ona również bardziej odpowiednia do ładowania i rozładowywania z wysoką częstotliwością oraz do szybkiego odzyskiwania sprawności, zmniejszając presję na konserwację. Konkretną wydajność należy zweryfikować na podstawie specyfikacji projektu.

Przewodnik wyboru: precyzyjne dopasowanie do scenariusza

W obliczu ogromnych wyzwań, jakie stawia moc obliczeniowa sztucznej inteligencji, innowacyjność w systemach zasilania ma kluczowe znaczenie.Hybrydowy superkondensator SLF 4,0 V 4500F firmy YMIN, dzięki swojej solidnej, zastrzeżonej technologii, zapewnia wydajne, niezwykle niezawodne, produkowane w kraju rozwiązanie warstwy buforowej BBU, zapewniające podstawową obsługę stabilnej, wydajnej i intensywnej, ciągłej ewolucji centrów danych AI.

Jeśli potrzebujesz szczegółowych informacji technicznych, możemy udostępnić: arkusze danych, dane testowe, tabele wyboru aplikacji, próbki itp. Prosimy również o podanie kluczowych informacji, takich jak: napięcie magistrali, ΔP/Δt, wymiary przestrzenne, temperatura otoczenia i specyfikacje dotyczące żywotności, abyśmy mogli szybko przedstawić zalecenia dotyczące konfiguracji.

Sekcja pytań i odpowiedzi

P: Obciążenie procesora graficznego serwera AI może wzrosnąć o 150% w ciągu milisekund, a tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe nie są w stanie sprostać temu zadaniu. Jaki jest konkretny czas reakcji superkondensatorów litowo-jonowych YMIN i jak osiągacie tak szybkie wsparcie?

A: Hybrydowe superkondensatory YMIN (SLF 4,0 V 4500F) opierają się na zasadach fizycznego magazynowania energii i charakteryzują się wyjątkowo niską rezystancją wewnętrzną (≤0,8 mΩ), co umożliwia natychmiastowe rozładowanie z dużą szybkością w zakresie 1–50 milisekund. Gdy nagła zmiana obciążenia GPU powoduje gwałtowny spadek napięcia na magistrali DC, może ona uwolnić duży prąd niemal bez opóźnienia, bezpośrednio kompensując moc magistrali, dając w ten sposób czas na wybudzenie i przejęcie zasilania przez zasilacz BBU, zapewniając płynne przejście napięcia i unikając błędów obliczeniowych lub awarii sprzętu spowodowanych spadkami napięcia.

Podsumowanie na końcu artykułu

Scenariusze zastosowania: Nadaje się do BBU (jednostek zasilania zapasowego) na poziomie szafy serwerów AI w sytuacjach, w których magistrala prądu stałego jest narażona na przejściowe skoki napięcia/spadki napięcia rzędu milisekund; ma zastosowanie w architekturze lokalnego bufora „hybrydowy superkondensator + BBU” w celu stabilizacji napięcia magistrali i kompensacji przejściowej w przypadku krótkotrwałych przerw w dostawie prądu, wahań sieci i nagłych zmian obciążenia procesora graficznego (GPU).

Główne zalety: Szybka reakcja na poziomie milisekund (kompensacja okien przejściowych 1–50 ms); niska rezystancja wewnętrzna/wysoki prąd, co poprawia stabilność napięcia magistrali i zmniejsza ryzyko nieoczekiwanych ponownych uruchomień; obsługuje szybkie ładowanie i rozładowywanie o dużej częstotliwości, skracając czas odzyskiwania zasilania zapasowego; lepiej nadaje się do ładowania i rozładowywania o wysokiej częstotliwości w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami akumulatorowymi, co pomaga zmniejszyć presję na konserwację i całkowite koszty cyklu życia.

Zalecany model: YMIN Square Hybrid Supercapacitor SLF 4,0 V 4500 F

Gromadzenie danych (specyfikacje/raporty z testów/próbki):

Oficjalna strona internetowa: www.ymin.com
Infolinia techniczna: 021-33617848

Odniesienia (źródła publiczne)

[1] Oficjalny blog informacyjny/techniczny firmy NVIDIA: Wprowadzenie do wygładzania stanów przejściowych/magazynowania energii na poziomie szafy GB300 NVL72 (Power Shelf)

[2] Publiczne raporty z mediów/instytucji, takich jak TrendForce: wnioski o licencje GB200/GB300 i informacje o łańcuchu dostaw

[3] Shanghai YMIN Electronics przedstawia „Specyfikacje hybrydowego superkondensatora SLF 4,0 V 4500 F”