Преходни прекъсвания в мощността на ниво милисекунд в BBU за сървъри с изкуствен интелект: Защо „хибриден суперкондензатор (LIC) + BBU“ е по-подходящ?

Сървърните шкафове с изкуствен интелект изпитват милисекундни (обикновено 1–50 ms) пикове на захранване и спадове на напрежението в DC шината по време на бързо превключване между тренировъчни и инферентни натоварвания. NVIDIA, в своя дизайн на захранващ шкаф GB300 NVL72, споменава, че захранващият им шкаф интегрира компоненти за съхранение на енергия и работи с контролер, за да постигне бързо изглаждане на преходните процеси на захранване на ниво шкаф (вижте препратка [1]).

В инженерната практика, използването на „хибриден суперкондензатор (LIC) + BBU (батериен резервен блок)“ за формиране на близък буферен слой може да раздели „преходната реакция“ и „краткосрочното резервно захранване“: LIC е отговорен за компенсация на милисекунди, а BBU е отговорен за поемане на захранването от секунда до минута. Тази статия предоставя възпроизводим подход за избор за инженери, списък с ключови индикатори и елементи за проверка. Вземайки за пример YMIN SLF 4.0V 4500F (ESR ≤ 0.8mΩ за единична единица, непрекъснат ток на разряд 200A, параметрите трябва да се отнасят до спецификационния лист [3]), тя предоставя предложения за конфигурация и сравнителна подкрепа с данни.

Захранванията за шкафове BBU преместват „изглаждането на преходните процеси на захранване“ по-близо до товара.

Тъй като консумацията на енергия на един шкаф достига ниво от стотици киловати, натоварванията с изкуствен интелект могат да причинят пикове на тока за кратко време. Ако спадът на напрежението на шината надвиши системния праг, това може да задейства защита на дънната платка, грешки на графичния процесор или рестартиране. За да се намалят пиковите въздействия върху захранването нагоре по веригата и мрежата, някои архитектури въвеждат стратегии за буфериране и контрол на енергията в рамките на захранващия шкаф на шкафа, което позволява пиковете на мощност да бъдат „абсорбирани и освободени локално“ в рамките на шкафа. Основното послание на този дизайн е: преходните проблеми трябва да се решават първо на мястото, най-близо до товара.

В сървъри, оборудвани с графични процесори с ултрависока мощност (киловатово ниво), като например NVIDIA GB200/GB300, основното предизвикателство пред захранващите системи се е изместило от традиционното резервно захранване към справяне с преходни токови пикове на милисекунди и стотици киловати. Традиционните решения за резервно захранване BBU, съсредоточени върху оловно-киселинни батерии, страдат от пречки в скоростта на реакция и плътността на мощността поради присъщи забавяния на химичните реакции, високо вътрешно съпротивление и ограничени възможности за динамично приемане на заряд. Тези пречки са се превърнали в ключови фактори, ограничаващи подобряването на изчислителната мощност и надеждността на системата при едноетажни системи.

Таблица 1: Схематична диаграма на местоположението на тристепенния хибриден режим на съхранение на енергия в стелажната BBU (таблична диаграма)

Еволюция на архитектурата

От „резервно захранване от батерията“ до „тристепенен хибриден режим на съхранение на енергия“

Традиционните BBU (батерии за съхранение на енергия) разчитат предимно на батерии за съхранение на енергия. Изправени пред недостиг на мощност от милисекундно ниво, батериите, ограничени от кинетиката на химичните реакции и еквивалентното вътрешно съпротивление, често реагират по-бавно от кондензаторните системи за съхранение на енергия. Поради това, решенията от страната на стелажите започнаха да възприемат многоетапна стратегия: „LIC (преходно) + BBU (краткосрочно) + UPS/HVDC (дългосрочно)“:

LIC, свързан паралелно близо до DC шината: обработва компенсация на мощността на милисекундно ниво и поддръжка на напрежение (високоскоростно зареждане и разреждане).

BBU (батерия или друго устройство за съхранение на енергия): обработва поемане на захранването от секунда до минута (система, проектирана за резервна продължителност).

UPS/HVDC на ниво център за данни: осигурява дългосрочно непрекъснато захранване и регулиране от страната на мрежата.

Това разделение на труда разделя „бързите променливи“ от „бавните променливи“: стабилизиране на автобуса, като същевременно се намалява дългосрочното натоварване и натискът от поддръжка върху устройствата за съхранение на енергия.

Задълбочен анализ: Защо YMINХибридни суперкондензатори?

Хибридният суперкондензатор LIC (литиево-йонен кондензатор) на ymin структурно съчетава високите енергийни характеристики на кондензаторите с високата енергийна плътност на електрохимичната система. В сценарии на компенсация на преходни процеси, ключът към издържането на натоварването е: извеждането на необходимата енергия в рамките на целевото Δt и доставянето на достатъчно голям импулсен ток в рамките на допустимия диапазон на повишаване на температурата и спад на напрежението.

Висока изходна мощност: Когато натоварването на графичния процесор (GPU) се промени рязко или електропреносната мрежа се колебае, традиционните оловно-киселинни батерии, поради бавната си скорост на химическа реакция и високото си вътрешно съпротивление, претърпяват бързо влошаване на способността си за динамично приемане на заряд, което води до невъзможност за реакция в милисекунди. Хибридният суперкондензатор може да извърши мигновена компенсация в рамките на 1-50ms, последвана от резервно захранване на минимално ниво от резервното захранване на BBU, осигурявайки стабилно напрежение на шината и значително намалявайки риска от сривове на дънната платка и графичния процесор.

Оптимизация на обема и теглото: При сравняване на „еквивалентна налична енергия (определена от прозореца на напрежение V_hi→V_lo) + еквивалентен прозорец за преходни процеси (Δt)“, решението с буферен слой LIC обикновено намалява обема и теглото значително в сравнение с традиционното батерийно резервно захранване (намаление на обема с приблизително 50%–70%, намаляване на теглото с приблизително 50%–60%, типичните стойности не са публично достъпни и изискват проверка на проекта), освобождавайки място в стелажа и ресурси за въздушен поток. (Конкретният процент зависи от спецификациите, структурните компоненти и решенията за разсейване на топлината на обекта за сравнение; препоръчва се проверка, специфична за проекта.)

Подобряване на скоростта на зареждане: LIC притежава възможности за високоскоростно зареждане и разреждане, а скоростта му на презареждане обикновено е по-висока от тази на батерийните решения (подобрение на скоростта повече от 5 пъти, постигайки бързо зареждане от близо десет минути; източник: хибриден суперкондензатор спрямо типични стойности за оловно-киселинна батерия). Времето за презареждане се определя от маржа на мощността на системата, стратегията за зареждане и термичния дизайн. Препоръчително е да се използва „времето, необходимо за презареждане до V_hi“ като показател за приемане, комбинирано с оценка на повишаването на температурата чрез повтарящи се импулси.

Дълъг цикъл на живот: LIC обикновено показва по-дълъг цикъл на живот и по-ниски изисквания за поддръжка при условия на високочестотно зареждане и разреждане (1 милион цикъла, над 6 години живот, приблизително 200 пъти повече от традиционните оловно-киселинни батерии; източник: Хибридни суперкондензатори в сравнение с типичните оловно-киселинни батерии). Цикълът на живот и ограниченията за повишаване на температурата са предмет на специфични спецификации и условия на изпитване. От гледна точка на пълния жизнен цикъл, това помага за намаляване на разходите за експлоатация, поддръжка и повреди.

Фигура 2: Схема на хибридна система за съхранение на енергия:

Литиево-йонна батерия (ниво на секунда-минута) + литиево-йонен кондензатор LIC (буфер на ниво милисекунда)

Базиран на японския Musashi CCP3300SC (3.8V 3000F) на референтния дизайн на NVIDIA GB300, той се отличава с по-висока плътност на капацитета, по-високо напрежение и по-висок капацитет в публично достъпните си спецификации: работно напрежение 4.0V и капацитет 4500F, което води до по-високо съхранение на енергия в една клетка и по-силни буферни възможности в рамките на същия размер на модула, осигурявайки безкомпромисна реакция на ниво милисекунда.

Ключови параметри на хибридните суперкондензатори от серията YMIN SLF:

Номинално напрежение: 4.0V; Номинален капацитет: 4500F

Вътрешно съпротивление при постоянен ток/ESR: ≤0.8mΩ

Непрекъснат ток на разреждане: 200A

Диапазон на работното напрежение: 4.0–2.5V

Използвайки локалното буферно решение BBU на YMIN, базирано на хибридни суперкондензатори, то може да осигури висока токова компенсация на DC шината в рамките на милисекунден прозорец, подобрявайки стабилността на напрежението на шината. В сравнение с други решения със същата налична енергия и преходен прозорец, буферният слой обикновено намалява заеманото пространство и освобождава ресурси на стелажа. Той е и по-подходящ за високочестотно зареждане и разреждане и изисквания за бързо възстановяване, намалявайки напрежението при поддръжка. Специфичната производителност трябва да се провери въз основа на спецификациите на проекта.

Ръководство за избор: Прецизно съпоставяне със сценарий

Изправени пред екстремните предизвикателства на изчислителната мощност на изкуствения интелект, иновациите в системите за захранване са от решаващо значение.Хибридният суперкондензатор SLF 4.0V 4500F на YMIN, със своята солидна патентована технология, предоставя високопроизводително, изключително надеждно решение за буферен слой BBU, произведено в страната, осигурявайки основна поддръжка за стабилната, ефективна и интензивна непрекъсната еволюция на центровете за данни с изкуствен интелект.

Ако се нуждаете от подробна техническа информация, можем да предоставим: информационни листове, тестови данни, таблици за избор на приложение, мостри и др. Моля, предоставете също ключова информация, като например: напрежение на шината, ΔP/Δt, размери на пространството, околна температура и спецификации за експлоатационния живот, за да можем бързо да ви дадем препоръки за конфигурация.

Раздел с въпроси и отговори

В: Натоварването на графичния процесор на AI сървър може да се увеличи със 150% в рамките на милисекунди, а традиционните оловно-киселинни батерии не могат да се справят с това. Какво е специфичното време за реакция на литиево-йонните суперкондензатори YMIN и как постигате тази бърза поддръжка?

A: Хибридните суперкондензатори YMIN (SLF 4.0V 4500F) разчитат на принципите на физическо съхранение на енергия и имат изключително ниско вътрешно съпротивление (≤0.8mΩ), което позволява мигновено високоскоростно разреждане в диапазона от 1-50 милисекунди. Когато внезапна промяна в натоварването на графичния процесор причини рязък спад в напрежението на DC шината, той може да освободи голям ток почти без забавяне, директно компенсирайки захранването на шината, като по този начин печели време за захранването на backend BBU да се събуди и да поеме контрола, осигурявайки плавен преход на напрежението и избягвайки изчислителни грешки или хардуерни сривове, причинени от спадове на напрежението.

Резюме в края на тази статия

Приложими сценарии: Подходящ за BBU (резервни захранващи устройства) на ниво стелаж за AI сървъри в сценарии, при които DC шината е изправена пред милисекундни преходни пикове/спадове на напрежението; приложим за локална буферна архитектура „хибриден суперкондензатор + BBU“ за стабилизиране на напрежението на шината и компенсация на преходните процеси при краткосрочни прекъсвания на захранването, колебания в мрежата и внезапни промени в натоварването на графичния процесор.

Основни предимства: Бърза реакция на ниво милисекунди (компенсираща преходни прозорци от 1-50ms); ниско вътрешно съпротивление/висока токова способност, подобряваща стабилността на напрежението на шината и намаляваща риска от неочаквани рестартирания; поддържа високоскоростно зареждане и разреждане и бързо презареждане, съкращавайки времето за възстановяване на резервното захранване; по-подходяща за условия на високочестотно зареждане и разреждане в сравнение с традиционните батерийни решения, което спомага за намаляване на натоварването от поддръжка и общите разходи за жизнения цикъл.

Препоръчителен модел: YMIN Square Hybrid Supercapacitor SLF 4.0V 4500F

Събиране на данни (спецификации/тестови протоколи/проби):

Официален уебсайт: www.ymin.com
Техническа гореща линия: 021-33617848

Референции (публични източници)

[1] Официален публичен информационен/технически блог на NVIDIA: Въведение в GB300 NVL72 (Power Shelf) за изглаждане на преходни процеси/съхранение на енергия на ниво шкаф

[2] Публични доклади от медии/институции като TrendForce: GB200/GB300, свързани с LIC заявления и информация за веригата за доставки

[3] Shanghai YMIN Electronics предоставя „Спецификации на хибриден суперкондензатор SLF 4.0V 4500F“