لماذا يعتمد المزيد من مراكز البيانات على ترانزستورات GaN للحصول على طاقة الخادم؟
يختار متخصصو مراكز البيانات بشكل متزايد ترانزستورات نيتريد الغاليوم (GaN) بدلاً من السيليكون التقليدي. أحد الأسباب الرئيسية هو أن هذه المكونات قد غيرت بشكل جذري إدارة الطاقة. على الرغم من أن مراكز البيانات أصبحت أساسية في مجتمع اليوم الرقمي للغاية ، إلا أنها تتمتع بسمعة سيئة لاستخدام كميات هائلة من الطاقة. يتعارض هذا الواقع مع الجهود المبذولة لاتخاذ خيارات أكثر استدامة لحماية مستقبل الكوكب.
ومع ذلك ، تشير الدلائل إلى أن ترانزستورات GaN يمكنها تلبية احتياجات مراكز البيانات الحديثة والمستقبلية مع إحراز تقدم في استخدام الطاقة. تسبب ترانزستورات GaN مكاسب مماثلة في أماكن أخرى أيضًا. يتيح وضعها في السيارات الكهربائية إلكترونيات طاقة أصغر وأكثر كفاءة ، مما يؤدي إلى قدرات شحن أسرع. يستخدم متخصصو الاتصالات أيضًا ترانزستورات GaN لتحسين نقل البيانات المتزامن عبر البنى التحتية للجيل الخامس.
لذلك ، صناع القرار في مركز البيانات ليسوا وحدهم في اختيار هذه المكونات. ومع ذلك ، فإن بعض الفوائد تجعلها مناسبة بشكل خاص لما تتطلبه مراكز البيانات.
الحاجة إلى الامتثال للأنظمة
أقر العديد من المشرعين والسلطات المماثلة متطلبات أن تكون معدات مراكز البيانات أكثر استدامة في وظائفها. على سبيل المثال ، حدد توجيه التصميم البيئي للاتحاد الأوروبي – الساري منذ عام 2019 – الحد الأدنى من متطلبات كفاءة الطاقة لوحدات إمداد الطاقة والخوادم النشطة. يجب على الوكالات الفيدرالية في الولايات المتحدة استخدام خوادم تحمل علامة ENERGY STAR.
تقدم ترانزستورات GaN العديد من الفوائد الموفرة للطاقة على الترانزستورات التقليدية. هذا لا يعني أنهم جميعًا يستوفون اللوائح المذكورة أعلاه وغيرها. ومع ذلك ، هناك فرصة جيدة لإرادة الكثيرين. بينما يستكشف الناس أفضل الطرق للامتثال للمتطلبات التنظيمية الحديثة ، فإنهم غالبًا ما يدركون الحاجة إلى الانفتاح على التقنيات الجديدة – بما في ذلك الترانزستورات GaN.
تقدم بعض مكونات GaN كفاءات إمداد طاقة أكبر من 94٪ – وهو تحسن كبير مقارنة بالمكونات القائمة على السيليكون. هذه الإحصائية مقنعة بما يكفي لصانعي القرار للنظر بقوة على الأقل في الاعتماد على ترانزستورات GaN لتشغيل خوادمهم. يمكن أن يؤدي القيام بذلك إلى امتثالهم مع السماح لهم بتعزيز أرباحهم النهائية.
يمكن للناس أيضًا التفكير في التحول تدريجياً إلى ترانزستورات GaN بعد أن تصبح الفوائد واضحة. يمكنهم شراء واحد أو عدد قليل من هذه المكونات ، ثم قياس أدائهم بعناية باستخدام الترانزستورات التقليدية. يمكن أن يجعل هذا الأسلوب المستخدمين يشعرون بمزيد من الثقة بشأن إجراء تغييرات متعلقة بمركز البيانات. بالإضافة إلى ذلك ، إذا لزم الأمر ، يمكنهم استخدام هذه البيانات للحصول على تأييد تنفيذي للخيارات الجديدة.
الرغبة في تحسين المرونة
يتطلب الحفاظ على الربحية في مركز البيانات من مقدمي الخدمات ضمان معدلات وقت تشغيل عالية للعملاء. يقوم العديد من الأشخاص بتشغيل أنظمة وتطبيقات ومواقع ويب ذات مهام حرجة باستخدام موارد مركز البيانات. سيأخذون أعمالهم إلى مكان آخر إذا لم يتمكن ممثلو مركز البيانات من التأكيد لهم أن الأمور ستستمر بسلاسة.
ومع ذلك ، تلعب ترانزستورات GaN دورًا مهمًا في وقت التشغيل من خلال الحفاظ على برودة مراكز البيانات. نظرًا لأن خيارات السيليكون أقل كفاءة نسبيًا ، فإنها تتطلب تقنيات تبريد عالية التقنية للحفاظ على تشغيل المعدات في درجة حرارة تشغيل آمنة.
غالبًا ما تطلق العديد من مراكز البيانات قدرًا كبيرًا جدًا من الحرارة الزائدة كطاقة. لقد بحث الناس عن طرق صديقة للبيئة لاستخدامها ، مثل الاعتماد على الدفء لتشغيل المدن القريبة. Amazon هي واحدة من العلامات التجارية المعروفة التي تستخدم نظام تسخين مركز البيانات بهذه الطريقة. ومع ذلك ، فإن الحل المثالي هو جعل مراكز البيانات تنتج حرارة أقل في المقام الأول. تدعم ترانزستورات GaN هذا الهدف.
بالإضافة إلى جعل مراكز البيانات أكثر استدامة ، يقلل إنتاج الحرارة الأقل من مخاطر فشل التشغيل في هذه المرافق. تشير الإحصاءات إلى أن متوسط انقطاع مركز البيانات يكلف أكثر من 7900 دولار في الدقيقة. لا يوجد سبب واحد لتلك الأحداث. يحدث بعضها بسبب البطاريات السيئة ، بينما يحدث البعض الآخر بسبب سوء صيانة المعدات. يمكن أن تؤدي الأحداث التي تقع خارج نطاق سيطرة مشغل مركز البيانات تمامًا – مثل الكوارث الطبيعية – إلى انقطاع التيار.
ومع ذلك ، عندما تصبح المكونات ساخنة للغاية ، فإن درجة الحرارة الزائدة غالبًا ما تقصر من عمرها الافتراضي. لا يزال الناس بحاجة إلى البقاء على رأس الصيانة بطرق أخرى. إن تبديل ترانزستورات السيليكون بترانزستورات GaN هو إجراء استباقي يمكن أن يحافظ على عمل مراكز البيانات دون مشاكل يمكن منعها.
الدفع لتبقى مربحة
مراكز البيانات هي منشآت كثيفة الاستهلاك للطاقة. يعتقد الأشخاص المطلعون على الأمر أيضًا أن مراكز البيانات ستحتفظ بكميات متزايدة من البيانات لأن الأفراد والشركات يقومون بالعديد من الأنشطة لإنتاجها. يظل صانعو القرار على دراية تامة بالتحديات في الحفاظ على ربحية مراكز البيانات عندما تكون هناك حاجة إلى قدر كبير من الطاقة لتشغيلها. أحد الخيارات هو استكشاف الخيارات الموفرة للطاقة مع زيادة كثافة الطاقة في نفس الوقت. يمكن أن تحقق ترانزستورات GaN كلا هذين الهدفين.
وجد أحد التحقيقات أن استخدام مكونات GaN لـ 10 رفوف لمراكز البيانات سيؤدي إلى ربح 3 ملايين دولار لمنشأة. تعمل ترانزستورات GaN على زيادة كثافة طاقة مركز البيانات بشكل كبير ، مما يسمح للمرافق بأداء أفضل من المعدات.
بالإضافة إلى ذلك ، تمكن مكونات GaN من استخدام وحدات إمداد الطاقة حتى ثلاث مرات أصغر من تلك المصنوعة من السيليكون. بعد ذلك ، يمكن للمصممين توفير المزيد من الطاقة والذاكرة لكل خادم. هذا ملحوظ لأن العديد من التطبيقات – مثل تلك التي تستخدم التعلم الآلي – تتطلب قدرات حوسبة قوية بشكل متزايد. عندما يتمكن مشغلو مركز البيانات من إثبات أن لديهم المعدات اللازمة لجذب العملاء ذوي المتطلبات العالية ، سيكون من الأسهل الحفاظ على ربحية ثابتة وإظهار أنهم قادرون على المستقبل.
ضع في اعتبارك مثال رف وحدة إمداد طاقة مكون من 30 خادمًا و 10 طاقة بمكونات من السيليكون. يمكن أن تؤدي ترقيته باستخدام ترانزستورات GaN إلى تحويله إلى 34 خادمًا وستة وحدات إمداد بالطاقة. العديد من أحدث مراكز البيانات أكبر بكثير من تلك التي تم إنشاؤها قبل عقد من الزمن. ومع ذلك ، فإن السعي لتحقيق تحسينات مربحة من خلال الانتقال إلى منشآت أكبر ليس دائمًا ممكنًا على الفور.
يستغرق الأمر وقتًا وقوة عاملة كبيرة لبناء مراكز بيانات جديدة. وتشمل هذه المتطلبات العثور على موقع مناسب والحصول على الإذن المناسب لبدء البناء. عند استخدام مركز بيانات جديد وأكبر ليس خيارًا للاحتفاظ بالربحية ، يمكن أن يكون التبديل إلى مكونات GaN حلاً عمليًا على المدى القصير إلى المتوسط.
ترانزستورات GaN: مناسبة تمامًا لمراكز البيانات
يجب أن يبحث مديرو مراكز البيانات اليوم باستمرار عن طرق واقعية لجعل منشآتهم أكثر تنافسية وصديقة للبيئة. لا توجد طريقة واحدة للقيام بذلك وضمان النجاح. ومع ذلك ، كما تظهر هذه الأمثلة ، فإن لدى الناس الكثير من الأسباب لاستكشاف الاحتمالات المرتبطة بترانزستورات GaN.
مع قيام الباحثين بمزيد من العمل في هذا المجال ، ستظهر فوائد أخرى أيضًا. على سبيل المثال ، في عام 2022 ، سيطر فريق من جامعة ولاية كارولينا الشمالية على تعاطي المنشطات من نيتريد الغاليوم لإنشاء أجهزة إلكترونية جديدة عالية الطاقة. أظهرت التجارب أن هذه التقنية قللت من خسائر الطاقة في إلكترونيات الطاقة مع السماح بإنشاء أنظمة تحويل طاقة أكثر إحكاما. على الرغم من أن تركيز الباحثين امتد إلى ما وراء مراكز البيانات ، فمن السهل أن نرى كيف يمكن أن تؤثر التحسينات المرتبطة بـ GaN بشكل إيجابي عليهم.
