حل تحديات تصميم الطاقة في تطبيقات مراكز البيانات والاتصالات

نمت مراكز البيانات بشكل كبير في العقد الماضي مع تقدم التكنولوجيا ودفعت الطلب على نطاق ترددي أكبر ، ونقل منخفض زمن الوصول ، والحوسبة ، والتخزين ، وأنظمة موفرة للطاقة لبيئات مراكز البيانات سريعة الوتيرة. تعاونت Super Micro Computer و Infineon Technologies مؤخرًا لتلبية متطلبات كفاءة الطاقة من خلال تمكين إزالة الكربون من مراكز البيانات. اختارت شركة Super Micro Computer منتجات Infineon عالية الكفاءة لأشباه الموصلات في مرحلة الطاقة كجزء من التعاون.

شهدت صناعة مراكز البيانات ارتفاعًا في التقنيات المتصلة التي من شأنها أن تطور كيفية تعامل الصناعة مع الحجم الكبير من البيانات. كان هناك زيادة في اعتماد السحابة ، واستثمارات مفرطة في الحجم ، ونمو في الموقع المشترك وتوفير الخدمات المدارة. قام مقدمو خدمات مراكز البيانات أيضًا بتطبيق تقنية الاتصال البيني لمركز البيانات والسحابة الموزعة وبنية نسيج التبديل الشبكي الكامل في البيئات الافتراضية.

وفقًا لتقرير Gartner ، بحلول عام 2025 ، ستنفذ 70٪ من المؤسسات أتمتة البنية التحتية المهيكلة لتوفير المرونة والكفاءة. في الوقت نفسه ، سيتم استهلاك ما يقرب من 40٪ من الحوسبة والتخزين المستندة إلى الفرضية المشتراة حديثًا كخدمة. لتلبية الطلب المتزايد على خدمات مركز البيانات وتطبيقات الحوسبة المتطورة على مستوى المؤسسة ، يحتاج مقدمو خدمات مركز البيانات والمصممين إلى معالجة العديد من تحديات القدرة الحاسوبية وعامل الشكل وكثافة الطاقة.

تركز هذه المقالة على حلول التصميم المقترحة من شركة Analog Devices Inc. (ADI’s) لمشكلات طاقة مركز البيانات المعقدة. خلال منتدى إلكترونيات الطاقة في إلكترونيكا 2022 ، ناقش Vy Nguyen حل تحديات تصميم الطاقة في مركز البيانات وتطبيقات الاتصالات. يعتقد المؤلف أن متطلبات طاقة المعالج CPU و ASIC و AI قد زادت خلال العقد الماضي مع توفير كثافة طاقة أعلى وإزالة الحرارة. وقد عالجت الشركة هذه القضايا من خلال إدخال بنية متقدمة متعددة الأطوار بتقنية الحث الثنائي ونقاط الحمل عالية الكثافة والكثافة (POLs). لنبدأ بفهم هذه التحديات ، تليها حلول منصة الطاقة المثلى.

تحديات التصميم في مراكز البيانات وتطبيقات الاتصال

التحديات الثلاثة الأكثر شيوعًا لتصميم الطاقة في مركز البيانات وتطبيقات الاتصالات هي:

• زيادة متطلبات الطاقة. مع اعتماد تقنيات الحوسبة المتطورة ، نمت بيانات المؤسسة لبناء عروض القيمة وتحسين تجربة خدمة العملاء. يجب أن تمر كل هذه البيانات عبر مراكز بيانات متطورة مدعومة بالتقنيات الذكية والبنية التحتية الرقمية والخدمات. لقد أصبحوا العمود الفقري للنظام البيئي لمعالجة البيانات اليومية. نظرًا لاستمرار حجم البيانات في النمو بسرعة ، فإن معالجة هذه الكمية من البيانات بشكل أسرع وأكثر كفاءة تتطلب مزيدًا من قوة المعالجة بينما تظل المساحة كما هي ، والتي لها تحدياتها الخاصة.
• يصبح خط التحميل أكثر إحكاما. لمعالجة البيانات بشكل أسرع ، تنتقل المعالجات عالية الأداء المدمجة إلى عقد معالجة أصغر لزيادة طاقة معالجة البيانات ، مما يؤدي إلى خفض الفولتية الأساسية. لذلك ، يصبح تحمل الجهد أكثر إحكامًا.
• تعد كفاءة الفضاء والطاقة أولوية عالية. كما هو موضح في النقطة الأولى ، على الرغم من زيادة الطلب على قوة الحوسبة ، تظل مساحة اللوحة كما هي ومحدودة للغاية ، وبالتالي يصبح الحجم تحديًا. مع زيادة كثافة الطاقة ، تصبح إزالة الحرارة تحديًا ، حيث توجد مساحة أقل في النظام لخروج الحرارة. الحقيقة هي أن مراكز البيانات هي من بين أعلى مستهلكي الطاقة الكهربائية. لهذا السبب ، أصبحت الأنظمة الخضراء والمستدامة أكثر أهمية لتقليل استخدام الطاقة وانبعاثات الكربون. هذا يجعل كفاءة الطاقة أولوية قصوى. كلما زادت الكفاءة ، قل مقدار الطاقة المفقودة في شكل حرارة. كل توفير للوات في القلب يخلق تأثيرًا مضاعفًا في المنبع ، حيث ينتج عن حل الطاقة الأكثر كفاءة للجهد الأساسي توفير المزيد من الطاقة للنظام بأكمله.

منصات الطاقة ADI لتصميم مركز البيانات

قدم المؤلف ثلاثة حلول لمنصات الطاقة – هندسة متقدمة متعددة المراحل ، وتقنية الحث المقترن و POLs ذات الكثافة العالية للطاقة – لمواجهة تحديات تصميم الطاقة المذكورة أعلاه. هذه ليست سوى عدد قليل من الحلول التي يمكن للمصمم التفكير فيها أثناء تصميم مركز بيانات موفر للطاقة.

• بنية متقدمة متعددة الأطوار. يعالج هذا الحل الطلب عالي التيار للجهد الأساسي ومرونته لتلبية متطلبات النظام المختلفة. يتضمن ذلك وحدة تحكم عالية الطور مع تقرير القياس عن بعد ومراحل طاقة عالية الكثافة وعالية الكفاءة مع تعبئة طاقة متقدمة لتحسين الأداء الحراري.
• تقنية الحث المقترن: سيؤدي اعتماد تقنية الحث المقترن في حل الطاقة إلى زيادة الكفاءة وإنشاء حل أكثر استدامة. هذه هي تقنية ADI الحاصلة على براءة اختراع لتوفير المرونة في التصميم لمقايضة حجم الحل وكفاءته مع تقليل التموج الحالي وتحسين الأداء العابر.
• POLS عالية الكثافة والكثافة: بينما نحتاج إلى دعم الفولتية الأساسية ، نحتاج أيضًا إلى الاهتمام بالقضبان الحالية لإكمال حلول الطاقة لهذه التصميمات باستخدام أنظمة تشغيل متقدمة وكفاءة محسّنة ، بالإضافة إلى خيار التبديل عند تردد أعلى لتقليل حجم الحل.

تحتوي Maxim Integrated (التي حصلت عليها ADI) على مجموعة شرائح طاقة متعددة المراحل تعمل بالذكاء الاصطناعي تحقق كفاءة تزيد عن 95٪ لدعم التصاميم من 60 أمبير إلى 800 أمبير وأكثر. تدعي الشركة أن شرائح MAX16602 و MAX20790 الخاصة بها تقدم أفضل أداء عابر في فئتها مع سعة إنتاج مخفضة بنسبة 40٪. MAX16602 هو منظم جهد ثنائي المخرجات يعمل بالذكاء الاصطناعي ، و MAX20790 عبارة عن دائرة متكاملة ذات طاقة ذكية تستفيد من إلغاء التموج الحالي من تقنية محث الزوجين. يوفر هذا حلاً قابلاً للتطوير لمختلف متطلبات الإخراج الحالية ويمكّن الحوسبة بالذكاء الاصطناعي على الحافة والحوسبة السحابية في مركز البيانات.

مع تطور النظام البيئي الذكي خلال العقد المقبل ، سيزداد حجم البيانات بشكل كبير ، مما يؤدي إلى زيادة التحميل على مركز البيانات. سيؤدي ذلك إلى زيادة الطلب على قوة الحوسبة في مراكز البيانات وتطبيقات الاتصالات. تعد الهندسة المعمارية متعددة الأطوار المتقدمة أحد الحلول لتحديات تصميم الطاقة عند دمجها مع تقنية الحث المقترن و POLs عالية الأداء.

ظهر حل تحديات تصميم الطاقة في مرحلة ما بعد حل تحديات تصميم الطاقة في تطبيقات مراكز البيانات والاتصالات أولاً في Power Electronics News.