एआई इंफ्रास्ट्रक्चर अब केवल प्रोसेसर की उपलब्धता तक ही सीमित नहीं है। जैसे ही GPU की शक्ति प्रति डिवाइस सैकड़ों वाट से बढ़ती है और रैक की शक्ति 100 किलोवाट से अधिक हो जाती है, कंप्यूटिंग हार्डवेयर के पीछे की विद्युत प्रणाली एक प्रमुख इंजीनियरिंग बाधा बन जाती है।
चुनौती केवल अधिक बिजली पैदा करना नहीं है। बहुत कम वोल्टेज और अत्यधिक उच्च धाराओं पर काम करने वाले जीपीयू कोर तक पहुंचने से पहले बिजली को कई वोल्टेज स्तरों पर परिवर्तित, संरक्षित, वितरित, परिवर्तित और विनियमित किया जाना चाहिए। हर चरण में नुकसान, थर्मल लोड, उपकरण की मात्रा, सुरक्षा आवश्यकताएं और संभावित विश्वसनीयता संबंधी चिंताएं शामिल होती हैं।
यह व्यापक पुनर्विचार को प्रेरित कर रहा हैएआई डेटा सेंटर पावर आर्किटेक्चर. 800V हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट, सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर, वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर और वर्टिकल पावर डिलीवरी के साथ-साथ पारंपरिक एसी वितरण, 48V रैक बसें, पावर शेल्फ और बोर्ड-स्तरीय पावर डिलीवरी का मूल्यांकन किया जा रहा है।
इसका परिणाम एक सार्वभौमिक प्रतिस्थापन वास्तुकला होने की संभावना नहीं है। सुविधा पैमाने, रैक घनत्व, तैनाती परिपक्वता, सुरक्षा आवश्यकताओं और मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ संगतता के अनुसार विभिन्न दृष्टिकोण एक साथ मौजूद हो सकते हैं।
एआई डेटा सेंटर पावर आर्किटेक्चर क्यों बदल रहा है?
जीपीयू पावर ग्रोथ और 100 किलोवाट एआई रैक
एआई सर्वर जीपीयू या अन्य एक्सेलरेटर को हाई-बैंडविड्थ मेमोरी, नेटवर्किंग डिवाइस, स्टोरेज और कूलिंग हार्डवेयर के साथ जोड़ते हैं। एक एकल त्वरक सैकड़ों वाट की खपत कर सकता है, जबकि एआई रैक का कुल भार 100 किलोवाट से अधिक हो सकता है।
जैसे-जैसे रैक की शक्ति बढ़ती है, लो-वोल्टेज बसों के माध्यम से ऊर्जा वितरित करना अधिक कठिन हो जाता है। किसी दिए गए पावर स्तर के लिए, वोल्टेज घटने पर करंट बढ़ता है:
पी=वी×मैं
50V-श्रेणी की बस के माध्यम से आपूर्ति किए गए 100 किलोवाट लोड को 1,000V पर आपूर्ति किए गए समान लोड के लगभग बीस गुना वर्तमान की आवश्यकता होती है। वास्तविक प्रणालियों में रूपांतरण हानि, वोल्टेज सहनशीलता और गतिशील परिचालन स्थितियां शामिल हैं, लेकिन संबंध बताता है कि क्यों बसबार, केबल, कनेक्टर और सुरक्षा उपकरण बहुत उच्च धारा पर स्केल करना कठिन हो जाते हैं।
धारा के वर्ग के साथ प्रतिरोधक हानि भी बढ़ती है:
पीनुकसान=मैं²आर
वितरण वोल्टेज बढ़ाने से स्वचालित रूप से एक कुशल बिजली प्रणाली नहीं बनती है। हालाँकि, यह दी गई मात्रा में बिजली स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक करंट को कम करता है। यह वोल्टेज आर्किटेक्चर को एक तेजी से महत्वपूर्ण डिज़ाइन वैरिएबल बनाता है क्योंकि रैक पावर कंडक्टर आकार, उपकरण स्थान और शीतलन क्षमता की तुलना में तेज़ी से बढ़ती है।
रैक-लेवल पावर से लेकर जीडब्ल्यू-स्केल सुविधाओं तक
रैक पावर घनत्व और कुल सुविधा क्षमता संबंधित लेकिन अलग-अलग इंजीनियरिंग समस्याएं हैं।
एक उच्च-घनत्व रैक स्थानीय बसबारों, कनेक्टर्स, कन्वर्टर्स, कूलिंग सिस्टम और क्षणिक-प्रतिक्रिया प्रदर्शन पर दबाव डालता है। एक बड़ी सुविधा को उपयोगिता इंटरकनेक्शन, ट्रांसफार्मर, स्विचगियर, बैकअप ऊर्जा, वितरण अतिरेक और हजारों कंप्यूटिंग नोड्स के संचयी नुकसान का प्रबंधन भी करना होगा।
भविष्य की एआई सुविधाएं गीगावाट-स्केल विद्युत मांग की ओर बढ़ सकती हैं, लेकिन यह एक सार्वभौमिक स्थिति के बजाय एक दिशात्मक विकास बनी हुई है। प्रत्येक डेटा सेंटर को समान सुविधा क्षमता की आवश्यकता नहीं होगी, और प्रत्येक उच्च-शक्ति साइट समान विद्युत वास्तुकला को नहीं अपनाएगी।
इसलिए पावर डिज़ाइन पर कई स्तरों पर विचार किया जाना चाहिए:
उपयोगिता एवं सुविधा इनपुट
डेटा हॉल या पंक्ति वितरण
रैक-स्तरीय रूपांतरण
सर्वर और बोर्ड वितरण
पैकेज-स्तरीय विनियमन
अंतिम प्रोसेसर-कोर डिलीवरी
पावर डिलीवरी एक सिस्टम-स्तरीय बाधा क्यों बन जाती है?
बढ़ती कंप्यूटिंग घनत्व सर्वर बिजली आपूर्ति की रेटिंग से कहीं अधिक प्रभावित करती है।
यह कंडक्टर करंट, रूपांतरण अनुपात, सुरक्षा समन्वय, शीतलन आवश्यकताओं, बैकअप-ऊर्जा प्लेसमेंट, रैक लेआउट, रखरखाव प्रक्रियाओं और कंप्यूटिंग उपकरणों के लिए उपलब्ध भौतिक स्थान को बदलता है।
एक अत्यधिक कुशल अर्धचालक उपकरण एक अकुशल समग्र विद्युत श्रृंखला की भरपाई नहीं कर सकता है। एक रूपांतरण चरण को हटाने से सिस्टम में कहीं और अलगाव, उच्च-अनुपात डीसी/डीसी रूपांतरण, गलती रुकावट, या घटक योग्यता के लिए नई आवश्यकताएं भी पैदा हो सकती हैं।
इसलिए एआई डेटा सेंटर की शक्ति का मूल्यांकन कनवर्टर द्वारा कनवर्टर के बजाय ग्रिड से चिप तक किया जाना चाहिए।
AI डेटा सेंटर में 800V HVDC क्या है?
एआई डेटा सेंटर में 800V एचवीडीसी एक उच्च-वोल्टेज प्रत्यक्ष-वर्तमान वितरण परत है जो अपस्ट्रीम सुविधा रूपांतरण उपकरण से डाउनस्ट्रीम रैक या सर्वर कन्वर्टर्स तक बिजली स्थानांतरित करती है। यह उच्च-शक्ति वितरण के लिए आवश्यक करंट को कम करता है लेकिन यह सीधे जीपीयू, मेमोरी या प्रोसेसर कोर को आपूर्ति की जाने वाली अंतिम वोल्टेज नहीं है।
ग्रिड-टू-चिप पावर चेन में 800V HVDC की स्थिति
एक 800V DC बस सुविधा-पक्ष रूपांतरण प्रणाली और लो-वोल्टेज कंप्यूटिंग लोड के बीच बैठती है। इसका कार्य डेटा हॉल, उपकरण पंक्ति, साइडकार, या रैक के माध्यम से समान पावर स्तर पर 48V-श्रेणी वितरण से जुड़े चरम वर्तमान की आवश्यकता के बिना पर्याप्त शक्ति को स्थानांतरित करना है।
उभरते उद्योग संदर्भ आर्किटेक्चर कई संभावित कार्यान्वयन दिखाते हैं।
एक पथ AC को केंद्रीय रूप से 800V DC में परिवर्तित करता है और कंप्यूटिंग रैक की ओर उच्च-वोल्टेज DC आपूर्ति वितरित करता है। दूसरा मौजूदा सुविधा एसी आपूर्ति को 800V डीसी में परिवर्तित करने के लिए एक या अधिक रैक के पास एक साइडकार का उपयोग करता है। बाद का आर्किटेक्चर एक सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर के माध्यम से मध्यम-वोल्टेज इनपुट, अलगाव और उच्च-वोल्टेज डीसी आउटपुट को जोड़ सकता है।
ये वैकल्पिक या संक्रमणकालीन व्यवस्थाएं हैं, कोई अनिवार्य टोपोलॉजी नहीं।
डाउनस्ट्रीम रूपांतरण आवश्यक रहता है. 800V इनपुट को 48V या किसी अन्य मध्यवर्ती वोल्टेज में परिवर्तित किया जा सकता है, उच्च-अनुपात कनवर्टर के माध्यम से नीचे ले जाया जा सकता है, या बोर्ड- और पैकेज-स्तरीय नियामकों तक पहुंचने से पहले कई चरणों के माध्यम से संसाधित किया जा सकता है।
800V HVDC क्या बदलता है—और क्या नहीं
वितरण वोल्टेज में वृद्धि का मुख्य विद्युत प्रभाव समान हस्तांतरित शक्ति के लिए धारा में कमी है। इससे केबल, बसबार, कनेक्टर और वितरण उपकरण पर मौजूदा बोझ कम हो सकता है।
हालाँकि, 800V HVDC इसकी आवश्यकता को दूर नहीं करता है:
जहां आवश्यक हो वहां गैल्वेनिक पृथक्करण
रैक- या ट्रे-स्तरीय बिजली रूपांतरण
प्रोसेसर वोल्टेज विनियमन
बैकअप पावर एकीकरण
आक्रमण और हॉट-स्वैप नियंत्रण
दोष का पता लगाना और रुकावट
थर्मल प्रबंधन
अतिरेक और रखरखाव योजना
इसका मतलब यह भी नहीं है कि 800V सीधे त्वरक पर पहुंचाया जाता है। प्रोसेसर कोर को लोड के करीब कसकर नियंत्रित, कम-वोल्टेज, उच्च-वर्तमान शक्ति की आवश्यकता होती है।
पारंपरिक एसी वितरण से लेकर हाई-वोल्टेज डीसी तक
पारंपरिक एसी बनाम 800V एचवीडीसी विद्युत वितरण
पारंपरिक एसी-टू-लोड पावर पथ
एक पारंपरिक डेटा सेंटर आमतौर पर एसी को रैक के पास या अंदर डीसी में परिवर्तित करने से पहले सुविधा के माध्यम से वितरित करता है। परिणामस्वरूप डीसी पावर 48V-क्लास रैक बस, बोर्ड-स्तरीय इंटरमीडिएट कन्वर्टर्स और पॉइंट-ऑफ-लोड नियामकों से गुजर सकती है।
यह आर्किटेक्चर परिपक्व है और स्थापित स्विचगियर, यूपीएस सिस्टम, बिजली आपूर्ति, संचालन प्रक्रियाओं और सेवा प्रथाओं के साथ काम करता है। जैसे-जैसे रैक की शक्ति बढ़ती है, इसकी सीमाएं अधिक दिखाई देने लगती हैं और रैक के भीतर बड़ी धाराओं को संभालना पड़ता है।
एक 800V HVDC-उन्मुख आर्किटेक्चर AC/DC रूपांतरण के भाग को कंप्यूट रैक के ऊपर या बाहर ले जाता है। आवश्यक स्टेप-डाउन रूपांतरण होने से पहले हाई-वोल्टेज डीसी को कंप्यूटिंग उपकरण के करीब वितरित किया जाता है।
| तुलना आयाम | पारंपरिक एसी-उन्मुख पथ | 800V एचवीडीसी-उन्मुख पथ | इंजीनियरिंग निहितार्थ |
|---|---|---|---|
| मुख्य वितरण प्रपत्र | एसी को रैक-स्तरीय बिजली आपूर्ति के लिए वितरित किया गया | हाई-वोल्टेज डीसी रैक या ट्रे कन्वर्टर्स की ओर पहुंचाया गया | रूपांतरण उपकरण का स्थान और प्रकार बदलता है |
| रैक इनपुट | आमतौर पर एसी या लो-वोल्टेज डीसी आर्किटेक्चर | हाई-वोल्टेज डीसी इनपुट | डीसी-रेटेड इंटरफेस और सुरक्षा की आवश्यकता है |
| वितरण धारा | समान शक्ति के लिए कम वोल्टेज पर अधिक | समान शक्ति के लिए कम | कंडक्टरों और बसबारों पर वर्तमान बोझ को कम करता है |
| रूपांतरण संगठन | रैक के अंदर अधिक रूपांतरण रहता है | कुछ रूपांतरण धारा के विपरीत या साइडकार में जा सकते हैं | रैक की जगह खाली कर सकता है लेकिन उपकरण कहीं और स्थानांतरित कर सकता है |
| सुरक्षा | परिपक्व एसी सुरक्षा पारिस्थितिकी तंत्र | डीसी रुकावट के लिए समर्पित उपकरण और समन्वय की आवश्यकता होती है | अकेले एसी वोल्टेज रेटिंग अपर्याप्त हैं |
| अनुकूलता | व्यापक स्थापित-आधार संगतता | उभरता हुआ पारिस्थितिकी तंत्र | प्रवासन के लिए संक्रमणकालीन आर्किटेक्चर की आवश्यकता हो सकती है |
| परिचालन परिपक्वता | स्थापित प्रक्रियाएं और आपूर्ति श्रृंखला | अभी भी सभी घटकों और इंटरफ़ेस का विकास हो रहा है | परिनियोजन जोखिम परियोजना-विशिष्ट है |
हाई-वोल्टेज डीसी वितरण के संभावित वास्तुशिल्प प्रभाव
उच्च डीसी वितरण वोल्टेज पर जाने से व्यावहारिक कंडक्टर क्षेत्र से अधिक बिजली गुजरने की अनुमति मिल सकती है। यह उच्च-घनत्व वाले रैक के आसपास आवश्यक बड़े, उच्च-वर्तमान बसबार बुनियादी ढांचे की मात्रा को भी कम कर सकता है।
चयनित रूपांतरण चरणों को हटाने से सिस्टम दक्षता में सुधार हो सकता है, लेकिन परिणाम संपूर्ण आर्किटेक्चर पर निर्भर करता है। एक उपयोगी मूल्यांकन में शामिल होना चाहिए:
सुविधा सुधार
अलगाव चरण
उच्च वोल्टेज वितरण
रैक रूपांतरण
मध्यवर्ती बसें
प्वाइंट-ऑफ-लोड विनियमन
सहायक पॉवर
शीतलन ऊर्जा
सुरक्षा-उपकरण हानि
निरर्थक संचालन पथ
बैकअप-ऊर्जा रूपांतरण
दक्षता, तांबे की कमी, शीतलन बचत या कुल लागत के दावों को सुसंगत सिस्टम सीमाओं, लोड प्रोफाइल और परिचालन स्थितियों के बिना सामान्यीकृत नहीं किया जा सकता है।
डीसी सुरक्षा, इन्सुलेशन, और दोष-हैंडलिंग चुनौतियाँ
हाई-वोल्टेज डीसी को रुकावट उपकरणों और सुरक्षा योजनाओं की आवश्यकता होती है जो विशेष रूप से डीसी दोष स्थितियों, इन्सुलेशन ड्यूटी और निरंतर आर्क ऊर्जा के लिए डिज़ाइन की गई हैं।
इसलिए 800V प्रणाली को कई सीमाओं के पार समन्वित सुरक्षा की आवश्यकता होती है। वास्तुकला के आधार पर, इनमें पावर रूम, वितरण पैनल, साइडकार, रैक इनपुट, कंप्यूट ट्रे और कनवर्टर इनपुट शामिल हो सकते हैं।
सुरक्षा कार्यों में शामिल हो सकते हैं:
डीसी-रेटेड फ़्यूज़
डिवाइस डिस्कनेक्ट करें
परिपथ तोड़ने वाले
ठोस राज्य संरक्षण
प्रीचार्ज सर्किट
आक्रमण नियंत्रण
वोल्टेज की निगरानी
अलगाव की निगरानी
हॉट-स्वैप नियंत्रण
प्रासंगिक इंजीनियरिंग संदर्भों में शामिल हैंआईईसी 62477-1पावर इलेक्ट्रॉनिक कनवर्टर सिस्टम की सुरक्षा के लिए औरआईईसी 60947-2सर्किट ब्रेकर के लिए.यूएल सॉल्यूशंस की सर्किट-ब्रेकर प्रमाणन सेवाएँइसमें हाई-वोल्टेज डीसी और सॉलिड-स्टेट ब्रेकर प्रौद्योगिकियों से संबंधित श्रेणियां भी शामिल हैं।
इन संदर्भों को उपकरण श्रेणी, स्थापना सीमा, अधिकार क्षेत्र और अंतिम सिस्टम डिज़ाइन के अनुसार लागू किया जाना चाहिए। वे प्रत्येक 800V डेटा सेंटर के लिए पूर्ण अनुपालन जांच सूची नहीं हैं।
सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर वास्तुकला में कैसे फिट होते हैं
एसएसटी की कार्यात्मक भूमिका
एठोस-अवस्था ट्रांसफार्मर, या एसएसटी, सक्रिय रूप से नियंत्रित बिजली इलेक्ट्रॉनिक रूपांतरण के साथ ट्रांसफार्मर कार्यों को जोड़ती है।
एकसॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर प्रौद्योगिकियों की आईईईई समीक्षाएसएसटी को ऐसे सिस्टम के रूप में वर्णित करता है जो ट्रांसफार्मर कार्यों को पावर-इलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टर्स और नियंत्रण सर्किटरी के साथ एकीकृत करता है। टोपोलॉजी के आधार पर, एक एसएसटी वोल्टेज रूपांतरण, गैल्वेनिक अलगाव, एसी/डीसी रूपांतरण, निगरानी और नियंत्रित बिजली प्रवाह प्रदान कर सकता है।
एआई डेटा सेंटर में, एक एसएसटी एक मध्यम-वोल्टेज एसी स्रोत को उच्च-वोल्टेज डीसी वितरण बस से जोड़ सकता है। यह कई पारंपरिक चरणों को एक मॉड्यूलर पावर-इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली में समेकित कर सकता है।
800V DC बस बनाने के लिए SST ही एकमात्र तरीका नहीं है। पारंपरिक ट्रांसफार्मर और रेक्टिफायर, केंद्रीकृत रूपांतरण प्रणाली और साइडकार-आधारित कनवर्टर का भी उपयोग किया जा सकता है।
उपयुक्त वास्तुकला इस पर निर्भर करती है:
इनपुट वोल्टेज
अलगाव की आवश्यकताएँ
शक्ति दर्ज़ा
अतिरेक मॉडल
सुविधा अभिन्यास
सुरक्षा रणनीति
रखरखाव दृष्टिकोण
ISOP आर्किटेक्चर: इनपुट-सीरीज़, आउटपुट-समानांतर
आईएसओपीमतलब इनपुट-श्रृंखला, आउटपुट-समानांतर।
इस कॉन्फ़िगरेशन में, कनवर्टर-मॉड्यूल इनपुट श्रृंखला में जुड़े हुए हैं ताकि मॉड्यूल उच्च इनपुट वोल्टेज साझा करें। उनके आउटपुट समानांतर में जुड़े हुए हैं ताकि वे बड़े आउटपुट करंट की आपूर्ति करने के लिए संयोजित हों।
आईएसओपी कनवर्टर नियंत्रण पर आईईईई अनुसंधानदो केंद्रीय आवश्यकताओं की पहचान करता है:
श्रृंखला से जुड़े मॉड्यूल के बीच इनपुट-वोल्टेज साझाकरण
समानांतर-जुड़े मॉड्यूल के बीच आउटपुट-वर्तमान साझाकरण
असमान घटक विशेषताएँ, थर्मल स्थितियाँ, स्विचिंग विलंब और लोड स्थितियाँ इन साझाकरण संबंधों को परेशान कर सकती हैं। नियंत्रण प्रणाली को एक मॉड्यूल को अत्यधिक वोल्टेज या करंट ले जाने से रोकना चाहिए।
छह-मॉड्यूल आईएसओपी आरेख एक संभावित कॉन्फ़िगरेशन का प्रतिनिधित्व करता है, सार्वभौमिक एसएसटी आवश्यकता का नहीं। मॉड्यूल गणना डिवाइस वोल्टेज रेटिंग, सिस्टम इनपुट वोल्टेज, रूपांतरण अनुपात, इन्सुलेशन डिजाइन, कुल शक्ति, अतिरेक और कनवर्टर टोपोलॉजी पर निर्भर करती है।
एसएसटी और आईएसओपी मॉड्यूलर आर्किटेक्चर
एसएसटी इंजीनियरिंग ट्रेड-ऑफ़
एसएसटी मॉड्यूलर रूपांतरण, सक्रिय नियंत्रण, उच्च-आवृत्ति अलगाव और डीसी वितरण बस के साथ सीधे एकीकरण का समर्थन कर सकते हैं। इन संभावित लाभों को अतिरिक्त जटिलता के विरुद्ध संतुलित किया जाना चाहिए।
| डिज़ाइन क्षेत्र | इंजीनियरिंग उद्देश्य | संभावित लाभ | मुख्य बाधा |
|---|---|---|---|
| मॉड्यूलर इनपुट चरण | उच्च इनपुट वोल्टेज साझा करें | स्केलेबल वोल्टेज क्षमता | वोल्टेज संतुलन और समन्वित नियंत्रण |
| समानांतर आउटपुट | मॉड्यूल करंट को मिलाएं | स्केलेबल आउटपुट पावर | वर्तमान साझाकरण और परिसंचारी-वर्तमान नियंत्रण |
| उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर | अलगाव और वोल्टेज रूपांतरण प्रदान करें | छोटे चुंबकीय घटक | इन्सुलेशन, थर्मल तनाव और विनिर्माण जटिलता |
| सक्रिय स्विचिंग | विद्युत प्रवाह को नियंत्रित करें | लचीला रूपांतरण और निगरानी | सेमीकंडक्टर हानि और नियंत्रण निर्भरता |
| प्रतिरूपकता | अलग-अलग मॉड्यूल को अलग करें या बदलें | अतिरेक क्षमता | अधिक अंतर्संबंध और विफलता मोड |
| डिजिटल नियंत्रण | रूपांतरण और सुरक्षा का समन्वय करें | बेहतर अवलोकन क्षमता | नियंत्रण सत्यापन और गलती-प्रतिक्रिया सत्यापन |
| तापीय प्रणाली | संकेंद्रित कनवर्टर ऊष्मा को हटा दें | उच्च शक्ति घनत्व | ठंडा करने की जटिलता |
| रखरखाव की रणनीति | खराबी के बाद सेवा बहाल करें | मॉड्यूल-स्तरीय प्रतिस्थापन संभव हो सकता है | सुरक्षित पहुंच और उपयुक्त अतिरिक्त मॉड्यूल की आवश्यकता है |
पारंपरिक लाइन-फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर परिपक्व, मजबूत और तुलनात्मक रूप से सरल रहते हैं। इसलिए एक एसएसटी का मूल्यांकन स्वचालित रूप से बेहतर प्रतिस्थापन के बजाय सिस्टम-स्तरीय विकल्प के रूप में किया जाना चाहिए।
एआई डेटा सेंटर पावर रूपांतरण में GaN और SiC भूमिकाएँ
वाइड-बैंडगैप डिवाइस क्यों मायने रखते हैं?
गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकियां हैं जिनका उपयोग उच्च-प्रदर्शन बिजली रूपांतरण में किया जाता है।
उनकी उपयुक्तता इस पर निर्भर करती है:
वोल्टेज तनाव
अधिकार का स्तर
स्विचिंग टोपोलॉजी
आवृत्ति बदलना
तापीय स्थितियाँ
पैकेजिंग
सुरक्षा
नियंत्रण विधि
सिस्टम लागत
GaN और SiC को पूरक प्रौद्योगिकियों के रूप में सबसे अच्छा माना जाता है। उनका मूल्य इस बात पर निर्भर करता है कि उन्हें बिजली श्रृंखला में कहाँ रखा गया है और आसपास के कनवर्टर को कैसे डिज़ाइन किया गया है।
जहां GaN पावर चेन में फिट हो सकता है
GaN पर अक्सर विचार किया जाता है जहां उच्च स्विचिंग आवृत्ति, कॉम्पैक्ट रूपांतरण चरण और उच्च शक्ति घनत्व प्राथमिकताएं होती हैं।
सर्वर बिजली की आपूर्ति
इंटरमीडिएट बस कन्वर्टर्स
पॉइंट-ऑफ़-लोड चरण
चयनित उच्च-अनुपात DC/DC कन्वर्टर्स
इसकी व्यावहारिक उपयुक्तता वोल्टेज मार्जिन, पैकेज डिजाइन, थर्मल पथ, कनवर्टर टोपोलॉजी, क्षणिक स्थितियों और सुरक्षा रणनीति पर निर्भर करती है।
सबसे मजबूत अनुप्रयोग को एक सार्वभौमिक वोल्टेज या पावर थ्रेशोल्ड द्वारा परिभाषित नहीं किया जा सकता है। एक GaN डिवाइस एक टोपोलॉजी में अत्यधिक प्रभावी हो सकता है और विभिन्न अलगाव, थर्मल या गलती आवश्यकताओं के साथ दूसरे में कम उपयुक्त हो सकता है।
जहां SiC पावर चेन में फिट हो सकता है
SiC को अक्सर उच्च-वोल्टेज या उच्च-शक्ति चरणों के लिए माना जाता है, जिनमें शामिल हैं:
फ्रंट-एंड सुधार
हाई-वोल्टेज डीसी रूपांतरण
एसएसटी बिल्डिंग ब्लॉक
सुविधा-सामना करने वाली पावर इलेक्ट्रॉनिक्स
रैक-फेसिंग हाई-वोल्टेज कन्वर्टर्स
इसकी वोल्टेज क्षमता और थर्मल विशेषताएं मांग वाले रूपांतरण चरणों का समर्थन कर सकती हैं, लेकिन अकेले डिवाइस की क्षमता सिस्टम के प्रदर्शन को निर्धारित नहीं करती है। गेट नियंत्रण, शीतलन, चुंबकीय डिजाइन, दोष ऊर्जा, कनवर्टर टोपोलॉजी और लागत महत्वपूर्ण बने हुए हैं।
हाइब्रिड आर्किटेक्चर प्रत्येक कनवर्टर के कार्य के अनुसार विभिन्न चरणों में सिलिकॉन, SiC और GaN का उपयोग कर सकते हैं।
GaN बनाम SiC: चयन सीमाएँ
एआई डेटा सेंटर पावर श्रृंखला में GaN और SiC भूमिकाएँ
| चयन कारक | गण मन | सिक | इंजीनियरिंग महत्व |
|---|---|---|---|
| विशिष्ट डिज़ाइन पर जोर | उच्च आवृत्ति और कॉम्पैक्ट रूपांतरण | उच्च-वोल्टेज और उच्च-शक्ति रूपांतरण | पावर श्रृंखला में प्लेसमेंट को प्रभावित करता है |
| व्यवहार बदलना | अक्सर बहुत तेज़ स्विचिंग के लिए चुना जाता है | अक्सर उच्च-वोल्टेज ऑपरेटिंग बिंदुओं पर तेज़ स्विचिंग के लिए चुना जाता है | टोपोलॉजी, ईएमआई और चुंबकीय डिज़ाइन को प्रभावित करता है |
| थर्मल डिज़ाइन | पैकेज और बोर्ड थर्मल पथ महत्वपूर्ण हैं | अक्सर पर्याप्त पावर मॉड्यूल और कूलिंग सिस्टम के साथ उपयोग किया जाता है | डिवाइस रेटिंग कूलिंग आवश्यकताओं को दूर नहीं करती है |
| दोष डिजाइन | टोपोलॉजी- और डिवाइस-विशिष्ट सुरक्षा की आवश्यकता है | नियंत्रित दोष प्रतिक्रिया की भी आवश्यकता होती है | प्रौद्योगिकियों के बीच सुरक्षा सीधे हस्तांतरित नहीं की जा सकती |
| पैकेजिंग | निम्न परजीवी विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं | असतत और मॉड्यूल पैकेज व्यापक शक्ति स्तरों को कवर करते हैं | पैकेज का चयन प्रयोग करने योग्य प्रदर्शन निर्धारित कर सकता है |
| संभावित वास्तुशिल्प भूमिका | कॉम्पैक्ट डाउनस्ट्रीम या उच्च-आवृत्ति चरण | अपस्ट्रीम हाई-वोल्टेज या हाई-पावर चरण | भूमिकाएँ ओवरलैप हो सकती हैं |
| चयन विधि | संपूर्ण कनवर्टर स्थितियों का मूल्यांकन करें | संपूर्ण कनवर्टर स्थितियों का मूल्यांकन करें | कोई सार्वभौमिक विजेता नहीं |
48V इंटरमीडिएट बस की भूमिका
हाई-वोल्टेज वितरण और चिप के बीच 48V क्यों मौजूद है?
एक 48V मध्यवर्ती बस रैक-स्तरीय वितरण और निम्न-वोल्टेज बोर्ड या प्रोसेसर नियामकों के बीच एक व्यावहारिक लिंक प्रदान करती है।
ओपन कंप्यूट प्रोजेक्ट के ओपन रैक V3 विनिर्देशएक 48V रैक पावर इकोसिस्टम शामिल करें। यह रैक-स्तरीय 48V बिजली वितरण और डाउनस्ट्रीम सर्वर रूपांतरण का एक स्थापित उदाहरण प्रदान करता है।
800V आर्किटेक्चर में, एक संभावित पथ है:
800वीडीसी→48वीडीसी→मध्यवर्ती या बिंदु-भार रूपांतरण
यह दृष्टिकोण अपस्ट्रीम वितरण परत को बदलते हुए मौजूदा डाउनस्ट्रीम घटकों और रैक-स्तरीय बिजली बुनियादी ढांचे को संरक्षित कर सकता है।
क्या 800V HVDC 48V बस की जगह लेगा?
800V-टू-लोड आर्किटेक्चर पथ
आवश्यक रूप से नहीं।
दो वोल्टेज स्तर अलग-अलग कार्य करते हैं। एक 800V बस कम धारा के साथ उच्च शक्ति का परिवहन करती है। एक 48V बस सर्वर बोर्ड और प्रोसेसर नियामकों के करीब एक कम-वोल्टेज वितरण परत प्रदान करती है।
कुछ आर्किटेक्चर माइग्रेशन जोखिम को कम करने और स्थापित घटकों का पुन: उपयोग करने के लिए 48V बनाए रख सकते हैं। अन्य इसे उच्च-अनुपात 800V कनवर्टर के माध्यम से बायपास कर सकते हैं, एक अलग मध्यवर्ती वोल्टेज पेश कर सकते हैं, या प्रोसेसर के करीब स्थित मल्टीस्टेज पथ का उपयोग कर सकते हैं।
चुनाव इस पर निर्भर करता है:
रूपांतरण दक्षता
क्षणिक प्रतिक्रिया
एकांत
सुरक्षा
घटक उपलब्धता
बोर्ड क्षेत्र
शीतलक
सेवाक्षमता
संक्रमण को 800V के साथ 48V के सरल प्रतिस्थापन की तुलना में वोल्टेज परतों के पुन: डिज़ाइन के रूप में बेहतर समझा जाता है।
वर्टिकल पावर डिलीवरी और चिप का अंतिम चरण
वर्टिकल पावर डिलीवरी का क्या मतलब है
कंप्यूट प्रोजेक्ट तकनीकी साहित्य खोलेंऔर IEEE अनुसंधान वर्णन करते हैंऊर्ध्वाधर विद्युत वितरण, या वीपीडी, एक बोर्ड- या पैकेज-स्तरीय दृष्टिकोण के रूप में जो बिजली रूपांतरण को उच्च-वर्तमान प्रोसेसर लोड के नीचे या बारीकी से संरेखित करता है।
एक लंबे मदरबोर्ड पथ पर पार्श्व में बहुत अधिक धारा प्रवाहित करने के बजाय, एक कनवर्टर या धारा-गुणक चरण को बोर्ड के विपरीत दिशा में या प्रोसेसर पैकेज के नीचे रखा जाता है। इसके बाद पावर vias और पैकेज कनेक्शन का उपयोग करके एक छोटे ऊर्ध्वाधर पथ से होकर गुजरती है।
इसका उद्देश्य कम करना है:
बिजली-वितरण प्रतिरोध
परजीवी प्रतिबाधा
वोल्टेज घटाव
प्रोसेसर के पास बोर्ड की भीड़
वीपीडी असतत कन्वर्टर्स, एकीकृत मॉड्यूल, उन्नत पैकेजिंग, एकीकृत निष्क्रिय घटकों या मल्टीस्टेज रूपांतरण का उपयोग कर सकता है।
यह एक डाउनस्ट्रीम बोर्ड- या पैकेज-स्तरीय तकनीक है, सुविधा-स्तर 800V वितरण का वैकल्पिक नाम नहीं है।
वीपीडी चिप के अंदर बैकसाइड पावर डिलीवरी के समान नहीं है
वर्टिकल पावर डिलीवरी बनाम बैकसाइड पावर डिलीवरी
पैकेज-स्तरीय वीपीडी और सेमीकंडक्टर बैकसाइड पावर-डिलीवरी नेटवर्क पावर पथ को छोटा करने का लक्ष्य साझा करते हैं, लेकिन वे विभिन्न भौतिक स्तरों पर काम करते हैं।
सर्वर-पावर आर्किटेक्चर में, वीपीडी आमतौर पर प्रोसेसर के नीचे या मदरबोर्ड के रिवर्स साइड पर वोल्टेज-रूपांतरण हार्डवेयर की स्थिति को संदर्भित करता है।
इसके विपरीत,बैकसाइड पावर डिलीवरी के बारे में imec की व्याख्याएक ऑन-डाई सेमीकंडक्टर आर्किटेक्चर का वर्णन करता है जिसमें पावर रूटिंग को फ्रंट-साइड सिग्नल इंटरकनेक्ट स्टैक से दूर और सिलिकॉन के पीछे की ओर ले जाया जाता है।
एक अवधारणा बोर्ड- और पैकेज-स्तरीय बिजली रूपांतरण से संबंधित है। दूसरा सेमीकंडक्टर डाई के आंतरिक पावर नेटवर्क से संबंधित है।
उन्हें समान मानने से विनिर्माण, एकीकरण और डिजाइन जिम्मेदारी में महत्वपूर्ण अंतर अस्पष्ट हो जाएंगे।
वीपीडी अपनाने में बाधाएँ
ऊर्ध्वाधर विद्युत वितरण उच्च-वर्तमान पथ को छोटा कर सकता है, लेकिन यह यांत्रिक, थर्मल और पैकेजिंग बाधाओं का परिचय देता है।
महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचारों में शामिल हैं:
मॉड्यूल की ऊंचाई और यांत्रिक निकासी
उन्नत पैकेजिंग आवश्यकताएँ
एकीकृत चुंबकीय और निष्क्रिय घटक
कन्वर्टर-टू-लोड परजीवी
वर्तमान साझाकरण
लोड-क्षणिक प्रतिक्रिया
थर्मल-पथ इंटरैक्शन
पैकेज के चारों ओर सिग्नल और मेमोरी रूटिंग
इसलिए वीपीडी व्यापक ग्रिड-टू-चिप रीडिज़ाइन का हिस्सा है, लेकिन यह अपस्ट्रीम वास्तुशिल्प निर्णयों की आवश्यकता को दूर नहीं करता है।
संपूर्ण ग्रिड-टू-चिप पावर श्रृंखला का मानचित्रण
संपूर्ण ग्रिड-टू-चिप पावर डिलीवरी श्रृंखला
शक्ति पथ को कार्यात्मक परतों में व्यवस्थित किया जा सकता है। वास्तविक कार्यान्वयन अलग-अलग चरणों को जोड़, हटा या स्थानांतरित कर सकता है।
| पावर-चेन स्टेज | मुख्य समारोह | प्रासंगिक प्रौद्योगिकियाँ | प्राथमिक इंजीनियरिंग प्रश्न | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| उपयोगिता या सुविधा इनपुट | आने वाली विद्युत शक्ति प्राप्त करें और वितरित करें | पारंपरिक ट्रांसफार्मर, स्विचगियर, मध्यम-वोल्टेज सिस्टम | क्षमता, अतिरेक, सुरक्षा, उपयोगिता इंटरफ़ेस | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
परिवर्तन औ
ब्लॉग विवरण
800 वी एचवीडीसी एआई डेटा सेंटर पावर आर्किटेक्चरः गाएन, सीआईसी, एसएसटी, और ग्रिड-टू-चिप पावर डिलीवरी
2026-06-24
एआई इंफ्रास्ट्रक्चर अब केवल प्रोसेसर की उपलब्धता तक ही सीमित नहीं है। जैसे ही GPU की शक्ति प्रति डिवाइस सैकड़ों वाट से बढ़ती है और रैक की शक्ति 100 किलोवाट से अधिक हो जाती है, कंप्यूटिंग हार्डवेयर के पीछे की विद्युत प्रणाली एक प्रमुख इंजीनियरिंग बाधा बन जाती है। चुनौती केवल अधिक बिजली पैदा करना नहीं है। बहुत कम वोल्टेज और अत्यधिक उच्च धाराओं पर काम करने वाले जीपीयू कोर तक पहुंचने से पहले बिजली को कई वोल्टेज स्तरों पर परिवर्तित, संरक्षित, वितरित, परिवर्तित और विनियमित किया जाना चाहिए। हर चरण में नुकसान, थर्मल लोड, उपकरण की मात्रा, सुरक्षा आवश्यकताएं और संभावित विश्वसनीयता संबंधी चिंताएं शामिल होती हैं। यह व्यापक पुनर्विचार को प्रेरित कर रहा हैएआई डेटा सेंटर पावर आर्किटेक्चर. 800V हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट, सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर, वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर और वर्टिकल पावर डिलीवरी के साथ-साथ पारंपरिक एसी वितरण, 48V रैक बसें, पावर शेल्फ और बोर्ड-स्तरीय पावर डिलीवरी का मूल्यांकन किया जा रहा है। इसका परिणाम एक सार्वभौमिक प्रतिस्थापन वास्तुकला होने की संभावना नहीं है। सुविधा पैमाने, रैक घनत्व, तैनाती परिपक्वता, सुरक्षा आवश्यकताओं और मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ संगतता के अनुसार विभिन्न दृष्टिकोण एक साथ मौजूद हो सकते हैं। एआई डेटा सेंटर पावर आर्किटेक्चर क्यों बदल रहा है? जीपीयू पावर ग्रोथ और 100 किलोवाट एआई रैक एआई सर्वर जीपीयू या अन्य एक्सेलरेटर को हाई-बैंडविड्थ मेमोरी, नेटवर्किंग डिवाइस, स्टोरेज और कूलिंग हार्डवेयर के साथ जोड़ते हैं। एक एकल त्वरक सैकड़ों वाट की खपत कर सकता है, जबकि एआई रैक का कुल भार 100 किलोवाट से अधिक हो सकता है। जैसे-जैसे रैक की शक्ति बढ़ती है, लो-वोल्टेज बसों के माध्यम से ऊर्जा वितरित करना अधिक कठिन हो जाता है। किसी दिए गए पावर स्तर के लिए, वोल्टेज घटने पर करंट बढ़ता है: पी=वी×मैं 50V-श्रेणी की बस के माध्यम से आपूर्ति किए गए 100 किलोवाट लोड को 1,000V पर आपूर्ति किए गए समान लोड के लगभग बीस गुना वर्तमान की आवश्यकता होती है। वास्तविक प्रणालियों में रूपांतरण हानि, वोल्टेज सहनशीलता और गतिशील परिचालन स्थितियां शामिल हैं, लेकिन संबंध बताता है कि क्यों बसबार, केबल, कनेक्टर और सुरक्षा उपकरण बहुत उच्च धारा पर स्केल करना कठिन हो जाते हैं। धारा के वर्ग के साथ प्रतिरोधक हानि भी बढ़ती है: पीनुकसान=मैं²आर वितरण वोल्टेज बढ़ाने से स्वचालित रूप से एक कुशल बिजली प्रणाली नहीं बनती है। हालाँकि, यह दी गई मात्रा में बिजली स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक करंट को कम करता है। यह वोल्टेज आर्किटेक्चर को एक तेजी से महत्वपूर्ण डिज़ाइन वैरिएबल बनाता है क्योंकि रैक पावर कंडक्टर आकार, उपकरण स्थान और शीतलन क्षमता की तुलना में तेज़ी से बढ़ती है। रैक-लेवल पावर से लेकर जीडब्ल्यू-स्केल सुविधाओं तक रैक पावर घनत्व और कुल सुविधा क्षमता संबंधित लेकिन अलग-अलग इंजीनियरिंग समस्याएं हैं। एक उच्च-घनत्व रैक स्थानीय बसबारों, कनेक्टर्स, कन्वर्टर्स, कूलिंग सिस्टम और क्षणिक-प्रतिक्रिया प्रदर्शन पर दबाव डालता है। एक बड़ी सुविधा को उपयोगिता इंटरकनेक्शन, ट्रांसफार्मर, स्विचगियर, बैकअप ऊर्जा, वितरण अतिरेक और हजारों कंप्यूटिंग नोड्स के संचयी नुकसान का प्रबंधन भी करना होगा। भविष्य की एआई सुविधाएं गीगावाट-स्केल विद्युत मांग की ओर बढ़ सकती हैं, लेकिन यह एक सार्वभौमिक स्थिति के बजाय एक दिशात्मक विकास बनी हुई है। प्रत्येक डेटा सेंटर को समान सुविधा क्षमता की आवश्यकता नहीं होगी, और प्रत्येक उच्च-शक्ति साइट समान विद्युत वास्तुकला को नहीं अपनाएगी। इसलिए पावर डिज़ाइन पर कई स्तरों पर विचार किया जाना चाहिए:
पावर डिलीवरी एक सिस्टम-स्तरीय बाधा क्यों बन जाती है? बढ़ती कंप्यूटिंग घनत्व सर्वर बिजली आपूर्ति की रेटिंग से कहीं अधिक प्रभावित करती है। यह कंडक्टर करंट, रूपांतरण अनुपात, सुरक्षा समन्वय, शीतलन आवश्यकताओं, बैकअप-ऊर्जा प्लेसमेंट, रैक लेआउट, रखरखाव प्रक्रियाओं और कंप्यूटिंग उपकरणों के लिए उपलब्ध भौतिक स्थान को बदलता है। एक अत्यधिक कुशल अर्धचालक उपकरण एक अकुशल समग्र विद्युत श्रृंखला की भरपाई नहीं कर सकता है। एक रूपांतरण चरण को हटाने से सिस्टम में कहीं और अलगाव, उच्च-अनुपात डीसी/डीसी रूपांतरण, गलती रुकावट, या घटक योग्यता के लिए नई आवश्यकताएं भी पैदा हो सकती हैं। इसलिए एआई डेटा सेंटर की शक्ति का मूल्यांकन कनवर्टर द्वारा कनवर्टर के बजाय ग्रिड से चिप तक किया जाना चाहिए। AI डेटा सेंटर में 800V HVDC क्या है? एआई डेटा सेंटर में 800V एचवीडीसी एक उच्च-वोल्टेज प्रत्यक्ष-वर्तमान वितरण परत है जो अपस्ट्रीम सुविधा रूपांतरण उपकरण से डाउनस्ट्रीम रैक या सर्वर कन्वर्टर्स तक बिजली स्थानांतरित करती है। यह उच्च-शक्ति वितरण के लिए आवश्यक करंट को कम करता है लेकिन यह सीधे जीपीयू, मेमोरी या प्रोसेसर कोर को आपूर्ति की जाने वाली अंतिम वोल्टेज नहीं है। ग्रिड-टू-चिप पावर चेन में 800V HVDC की स्थिति एक 800V DC बस सुविधा-पक्ष रूपांतरण प्रणाली और लो-वोल्टेज कंप्यूटिंग लोड के बीच बैठती है। इसका कार्य डेटा हॉल, उपकरण पंक्ति, साइडकार, या रैक के माध्यम से समान पावर स्तर पर 48V-श्रेणी वितरण से जुड़े चरम वर्तमान की आवश्यकता के बिना पर्याप्त शक्ति को स्थानांतरित करना है। उभरते उद्योग संदर्भ आर्किटेक्चर कई संभावित कार्यान्वयन दिखाते हैं। एक पथ AC को केंद्रीय रूप से 800V DC में परिवर्तित करता है और कंप्यूटिंग रैक की ओर उच्च-वोल्टेज DC आपूर्ति वितरित करता है। दूसरा मौजूदा सुविधा एसी आपूर्ति को 800V डीसी में परिवर्तित करने के लिए एक या अधिक रैक के पास एक साइडकार का उपयोग करता है। बाद का आर्किटेक्चर एक सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर के माध्यम से मध्यम-वोल्टेज इनपुट, अलगाव और उच्च-वोल्टेज डीसी आउटपुट को जोड़ सकता है। ये वैकल्पिक या संक्रमणकालीन व्यवस्थाएं हैं, कोई अनिवार्य टोपोलॉजी नहीं। डाउनस्ट्रीम रूपांतरण आवश्यक रहता है. 800V इनपुट को 48V या किसी अन्य मध्यवर्ती वोल्टेज में परिवर्तित किया जा सकता है, उच्च-अनुपात कनवर्टर के माध्यम से नीचे ले जाया जा सकता है, या बोर्ड- और पैकेज-स्तरीय नियामकों तक पहुंचने से पहले कई चरणों के माध्यम से संसाधित किया जा सकता है। 800V HVDC क्या बदलता है—और क्या नहीं वितरण वोल्टेज में वृद्धि का मुख्य विद्युत प्रभाव समान हस्तांतरित शक्ति के लिए धारा में कमी है। इससे केबल, बसबार, कनेक्टर और वितरण उपकरण पर मौजूदा बोझ कम हो सकता है। हालाँकि, 800V HVDC इसकी आवश्यकता को दूर नहीं करता है:
इसका मतलब यह भी नहीं है कि 800V सीधे त्वरक पर पहुंचाया जाता है। प्रोसेसर कोर को लोड के करीब कसकर नियंत्रित, कम-वोल्टेज, उच्च-वर्तमान शक्ति की आवश्यकता होती है। पारंपरिक एसी वितरण से लेकर हाई-वोल्टेज डीसी तक
पारंपरिक एसी बनाम 800V एचवीडीसी विद्युत वितरण पारंपरिक एसी-टू-लोड पावर पथ एक पारंपरिक डेटा सेंटर आमतौर पर एसी को रैक के पास या अंदर डीसी में परिवर्तित करने से पहले सुविधा के माध्यम से वितरित करता है। परिणामस्वरूप डीसी पावर 48V-क्लास रैक बस, बोर्ड-स्तरीय इंटरमीडिएट कन्वर्टर्स और पॉइंट-ऑफ-लोड नियामकों से गुजर सकती है। यह आर्किटेक्चर परिपक्व है और स्थापित स्विचगियर, यूपीएस सिस्टम, बिजली आपूर्ति, संचालन प्रक्रियाओं और सेवा प्रथाओं के साथ काम करता है। जैसे-जैसे रैक की शक्ति बढ़ती है, इसकी सीमाएं अधिक दिखाई देने लगती हैं और रैक के भीतर बड़ी धाराओं को संभालना पड़ता है। एक 800V HVDC-उन्मुख आर्किटेक्चर AC/DC रूपांतरण के भाग को कंप्यूट रैक के ऊपर या बाहर ले जाता है। आवश्यक स्टेप-डाउन रूपांतरण होने से पहले हाई-वोल्टेज डीसी को कंप्यूटिंग उपकरण के करीब वितरित किया जाता है।
हाई-वोल्टेज डीसी वितरण के संभावित वास्तुशिल्प प्रभाव उच्च डीसी वितरण वोल्टेज पर जाने से व्यावहारिक कंडक्टर क्षेत्र से अधिक बिजली गुजरने की अनुमति मिल सकती है। यह उच्च-घनत्व वाले रैक के आसपास आवश्यक बड़े, उच्च-वर्तमान बसबार बुनियादी ढांचे की मात्रा को भी कम कर सकता है। चयनित रूपांतरण चरणों को हटाने से सिस्टम दक्षता में सुधार हो सकता है, लेकिन परिणाम संपूर्ण आर्किटेक्चर पर निर्भर करता है। एक उपयोगी मूल्यांकन में शामिल होना चाहिए:
दक्षता, तांबे की कमी, शीतलन बचत या कुल लागत के दावों को सुसंगत सिस्टम सीमाओं, लोड प्रोफाइल और परिचालन स्थितियों के बिना सामान्यीकृत नहीं किया जा सकता है। डीसी सुरक्षा, इन्सुलेशन, और दोष-हैंडलिंग चुनौतियाँ हाई-वोल्टेज डीसी को रुकावट उपकरणों और सुरक्षा योजनाओं की आवश्यकता होती है जो विशेष रूप से डीसी दोष स्थितियों, इन्सुलेशन ड्यूटी और निरंतर आर्क ऊर्जा के लिए डिज़ाइन की गई हैं। इसलिए 800V प्रणाली को कई सीमाओं के पार समन्वित सुरक्षा की आवश्यकता होती है। वास्तुकला के आधार पर, इनमें पावर रूम, वितरण पैनल, साइडकार, रैक इनपुट, कंप्यूट ट्रे और कनवर्टर इनपुट शामिल हो सकते हैं। सुरक्षा कार्यों में शामिल हो सकते हैं:
प्रासंगिक इंजीनियरिंग संदर्भों में शामिल हैंआईईसी 62477-1पावर इलेक्ट्रॉनिक कनवर्टर सिस्टम की सुरक्षा के लिए औरआईईसी 60947-2सर्किट ब्रेकर के लिए.यूएल सॉल्यूशंस की सर्किट-ब्रेकर प्रमाणन सेवाएँइसमें हाई-वोल्टेज डीसी और सॉलिड-स्टेट ब्रेकर प्रौद्योगिकियों से संबंधित श्रेणियां भी शामिल हैं। इन संदर्भों को उपकरण श्रेणी, स्थापना सीमा, अधिकार क्षेत्र और अंतिम सिस्टम डिज़ाइन के अनुसार लागू किया जाना चाहिए। वे प्रत्येक 800V डेटा सेंटर के लिए पूर्ण अनुपालन जांच सूची नहीं हैं। सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर वास्तुकला में कैसे फिट होते हैं एसएसटी की कार्यात्मक भूमिका एठोस-अवस्था ट्रांसफार्मर, या एसएसटी, सक्रिय रूप से नियंत्रित बिजली इलेक्ट्रॉनिक रूपांतरण के साथ ट्रांसफार्मर कार्यों को जोड़ती है। एकसॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर प्रौद्योगिकियों की आईईईई समीक्षाएसएसटी को ऐसे सिस्टम के रूप में वर्णित करता है जो ट्रांसफार्मर कार्यों को पावर-इलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टर्स और नियंत्रण सर्किटरी के साथ एकीकृत करता है। टोपोलॉजी के आधार पर, एक एसएसटी वोल्टेज रूपांतरण, गैल्वेनिक अलगाव, एसी/डीसी रूपांतरण, निगरानी और नियंत्रित बिजली प्रवाह प्रदान कर सकता है। एआई डेटा सेंटर में, एक एसएसटी एक मध्यम-वोल्टेज एसी स्रोत को उच्च-वोल्टेज डीसी वितरण बस से जोड़ सकता है। यह कई पारंपरिक चरणों को एक मॉड्यूलर पावर-इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली में समेकित कर सकता है। 800V DC बस बनाने के लिए SST ही एकमात्र तरीका नहीं है। पारंपरिक ट्रांसफार्मर और रेक्टिफायर, केंद्रीकृत रूपांतरण प्रणाली और साइडकार-आधारित कनवर्टर का भी उपयोग किया जा सकता है। उपयुक्त वास्तुकला इस पर निर्भर करती है:
ISOP आर्किटेक्चर: इनपुट-सीरीज़, आउटपुट-समानांतर आईएसओपीमतलब इनपुट-श्रृंखला, आउटपुट-समानांतर। इस कॉन्फ़िगरेशन में, कनवर्टर-मॉड्यूल इनपुट श्रृंखला में जुड़े हुए हैं ताकि मॉड्यूल उच्च इनपुट वोल्टेज साझा करें। उनके आउटपुट समानांतर में जुड़े हुए हैं ताकि वे बड़े आउटपुट करंट की आपूर्ति करने के लिए संयोजित हों। आईएसओपी कनवर्टर नियंत्रण पर आईईईई अनुसंधानदो केंद्रीय आवश्यकताओं की पहचान करता है:
असमान घटक विशेषताएँ, थर्मल स्थितियाँ, स्विचिंग विलंब और लोड स्थितियाँ इन साझाकरण संबंधों को परेशान कर सकती हैं। नियंत्रण प्रणाली को एक मॉड्यूल को अत्यधिक वोल्टेज या करंट ले जाने से रोकना चाहिए। छह-मॉड्यूल आईएसओपी आरेख एक संभावित कॉन्फ़िगरेशन का प्रतिनिधित्व करता है, सार्वभौमिक एसएसटी आवश्यकता का नहीं। मॉड्यूल गणना डिवाइस वोल्टेज रेटिंग, सिस्टम इनपुट वोल्टेज, रूपांतरण अनुपात, इन्सुलेशन डिजाइन, कुल शक्ति, अतिरेक और कनवर्टर टोपोलॉजी पर निर्भर करती है।
एसएसटी और आईएसओपी मॉड्यूलर आर्किटेक्चर एसएसटी इंजीनियरिंग ट्रेड-ऑफ़ एसएसटी मॉड्यूलर रूपांतरण, सक्रिय नियंत्रण, उच्च-आवृत्ति अलगाव और डीसी वितरण बस के साथ सीधे एकीकरण का समर्थन कर सकते हैं। इन संभावित लाभों को अतिरिक्त जटिलता के विरुद्ध संतुलित किया जाना चाहिए।
पारंपरिक लाइन-फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर परिपक्व, मजबूत और तुलनात्मक रूप से सरल रहते हैं। इसलिए एक एसएसटी का मूल्यांकन स्वचालित रूप से बेहतर प्रतिस्थापन के बजाय सिस्टम-स्तरीय विकल्प के रूप में किया जाना चाहिए। एआई डेटा सेंटर पावर रूपांतरण में GaN और SiC भूमिकाएँ वाइड-बैंडगैप डिवाइस क्यों मायने रखते हैं? गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकियां हैं जिनका उपयोग उच्च-प्रदर्शन बिजली रूपांतरण में किया जाता है। उनकी उपयुक्तता इस पर निर्भर करती है:
GaN और SiC को पूरक प्रौद्योगिकियों के रूप में सबसे अच्छा माना जाता है। उनका मूल्य इस बात पर निर्भर करता है कि उन्हें बिजली श्रृंखला में कहाँ रखा गया है और आसपास के कनवर्टर को कैसे डिज़ाइन किया गया है। जहां GaN पावर चेन में फिट हो सकता है GaN पर अक्सर विचार किया जाता है जहां उच्च स्विचिंग आवृत्ति, कॉम्पैक्ट रूपांतरण चरण और उच्च शक्ति घनत्व प्राथमिकताएं होती हैं।
इसकी व्यावहारिक उपयुक्तता वोल्टेज मार्जिन, पैकेज डिजाइन, थर्मल पथ, कनवर्टर टोपोलॉजी, क्षणिक स्थितियों और सुरक्षा रणनीति पर निर्भर करती है। सबसे मजबूत अनुप्रयोग को एक सार्वभौमिक वोल्टेज या पावर थ्रेशोल्ड द्वारा परिभाषित नहीं किया जा सकता है। एक GaN डिवाइस एक टोपोलॉजी में अत्यधिक प्रभावी हो सकता है और विभिन्न अलगाव, थर्मल या गलती आवश्यकताओं के साथ दूसरे में कम उपयुक्त हो सकता है। जहां SiC पावर चेन में फिट हो सकता है SiC को अक्सर उच्च-वोल्टेज या उच्च-शक्ति चरणों के लिए माना जाता है, जिनमें शामिल हैं:
इसकी वोल्टेज क्षमता और थर्मल विशेषताएं मांग वाले रूपांतरण चरणों का समर्थन कर सकती हैं, लेकिन अकेले डिवाइस की क्षमता सिस्टम के प्रदर्शन को निर्धारित नहीं करती है। गेट नियंत्रण, शीतलन, चुंबकीय डिजाइन, दोष ऊर्जा, कनवर्टर टोपोलॉजी और लागत महत्वपूर्ण बने हुए हैं। हाइब्रिड आर्किटेक्चर प्रत्येक कनवर्टर के कार्य के अनुसार विभिन्न चरणों में सिलिकॉन, SiC और GaN का उपयोग कर सकते हैं। GaN बनाम SiC: चयन सीमाएँ
एआई डेटा सेंटर पावर श्रृंखला में GaN और SiC भूमिकाएँ
48V इंटरमीडिएट बस की भूमिका हाई-वोल्टेज वितरण और चिप के बीच 48V क्यों मौजूद है? एक 48V मध्यवर्ती बस रैक-स्तरीय वितरण और निम्न-वोल्टेज बोर्ड या प्रोसेसर नियामकों के बीच एक व्यावहारिक लिंक प्रदान करती है। ओपन कंप्यूट प्रोजेक्ट के ओपन रैक V3 विनिर्देशएक 48V रैक पावर इकोसिस्टम शामिल करें। यह रैक-स्तरीय 48V बिजली वितरण और डाउनस्ट्रीम सर्वर रूपांतरण का एक स्थापित उदाहरण प्रदान करता है। 800V आर्किटेक्चर में, एक संभावित पथ है: 800वीडीसी→48वीडीसी→मध्यवर्ती या बिंदु-भार रूपांतरण यह दृष्टिकोण अपस्ट्रीम वितरण परत को बदलते हुए मौजूदा डाउनस्ट्रीम घटकों और रैक-स्तरीय बिजली बुनियादी ढांचे को संरक्षित कर सकता है। क्या 800V HVDC 48V बस की जगह लेगा?
800V-टू-लोड आर्किटेक्चर पथ आवश्यक रूप से नहीं। दो वोल्टेज स्तर अलग-अलग कार्य करते हैं। एक 800V बस कम धारा के साथ उच्च शक्ति का परिवहन करती है। एक 48V बस सर्वर बोर्ड और प्रोसेसर नियामकों के करीब एक कम-वोल्टेज वितरण परत प्रदान करती है। कुछ आर्किटेक्चर माइग्रेशन जोखिम को कम करने और स्थापित घटकों का पुन: उपयोग करने के लिए 48V बनाए रख सकते हैं। अन्य इसे उच्च-अनुपात 800V कनवर्टर के माध्यम से बायपास कर सकते हैं, एक अलग मध्यवर्ती वोल्टेज पेश कर सकते हैं, या प्रोसेसर के करीब स्थित मल्टीस्टेज पथ का उपयोग कर सकते हैं। चुनाव इस पर निर्भर करता है:
संक्रमण को 800V के साथ 48V के सरल प्रतिस्थापन की तुलना में वोल्टेज परतों के पुन: डिज़ाइन के रूप में बेहतर समझा जाता है। वर्टिकल पावर डिलीवरी और चिप का अंतिम चरण वर्टिकल पावर डिलीवरी का क्या मतलब है कंप्यूट प्रोजेक्ट तकनीकी साहित्य खोलेंऔर IEEE अनुसंधान वर्णन करते हैंऊर्ध्वाधर विद्युत वितरण, या वीपीडी, एक बोर्ड- या पैकेज-स्तरीय दृष्टिकोण के रूप में जो बिजली रूपांतरण को उच्च-वर्तमान प्रोसेसर लोड के नीचे या बारीकी से संरेखित करता है। एक लंबे मदरबोर्ड पथ पर पार्श्व में बहुत अधिक धारा प्रवाहित करने के बजाय, एक कनवर्टर या धारा-गुणक चरण को बोर्ड के विपरीत दिशा में या प्रोसेसर पैकेज के नीचे रखा जाता है। इसके बाद पावर vias और पैकेज कनेक्शन का उपयोग करके एक छोटे ऊर्ध्वाधर पथ से होकर गुजरती है। इसका उद्देश्य कम करना है:
वीपीडी असतत कन्वर्टर्स, एकीकृत मॉड्यूल, उन्नत पैकेजिंग, एकीकृत निष्क्रिय घटकों या मल्टीस्टेज रूपांतरण का उपयोग कर सकता है। यह एक डाउनस्ट्रीम बोर्ड- या पैकेज-स्तरीय तकनीक है, सुविधा-स्तर 800V वितरण का वैकल्पिक नाम नहीं है। वीपीडी चिप के अंदर बैकसाइड पावर डिलीवरी के समान नहीं है
वर्टिकल पावर डिलीवरी बनाम बैकसाइड पावर डिलीवरी पैकेज-स्तरीय वीपीडी और सेमीकंडक्टर बैकसाइड पावर-डिलीवरी नेटवर्क पावर पथ को छोटा करने का लक्ष्य साझा करते हैं, लेकिन वे विभिन्न भौतिक स्तरों पर काम करते हैं। सर्वर-पावर आर्किटेक्चर में, वीपीडी आमतौर पर प्रोसेसर के नीचे या मदरबोर्ड के रिवर्स साइड पर वोल्टेज-रूपांतरण हार्डवेयर की स्थिति को संदर्भित करता है। इसके विपरीत,बैकसाइड पावर डिलीवरी के बारे में imec की व्याख्याएक ऑन-डाई सेमीकंडक्टर आर्किटेक्चर का वर्णन करता है जिसमें पावर रूटिंग को फ्रंट-साइड सिग्नल इंटरकनेक्ट स्टैक से दूर और सिलिकॉन के पीछे की ओर ले जाया जाता है। एक अवधारणा बोर्ड- और पैकेज-स्तरीय बिजली रूपांतरण से संबंधित है। दूसरा सेमीकंडक्टर डाई के आंतरिक पावर नेटवर्क से संबंधित है। उन्हें समान मानने से विनिर्माण, एकीकरण और डिजाइन जिम्मेदारी में महत्वपूर्ण अंतर अस्पष्ट हो जाएंगे। वीपीडी अपनाने में बाधाएँ ऊर्ध्वाधर विद्युत वितरण उच्च-वर्तमान पथ को छोटा कर सकता है, लेकिन यह यांत्रिक, थर्मल और पैकेजिंग बाधाओं का परिचय देता है। महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचारों में शामिल हैं:
इसलिए वीपीडी व्यापक ग्रिड-टू-चिप रीडिज़ाइन का हिस्सा है, लेकिन यह अपस्ट्रीम वास्तुशिल्प निर्णयों की आवश्यकता को दूर नहीं करता है। संपूर्ण ग्रिड-टू-चिप पावर श्रृंखला का मानचित्रण
संपूर्ण ग्रिड-टू-चिप पावर डिलीवरी श्रृंखला शक्ति पथ को कार्यात्मक परतों में व्यवस्थित किया जा सकता है। वास्तविक कार्यान्वयन अलग-अलग चरणों को जोड़, हटा या स्थानांतरित कर सकता है।
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