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Die rasante Verbreitung k¨¹nstlicher Intelligenz (KI) in Verbraucher- und Unternehmensm?rkten f¨¹hrt zu beispiellosen Investitionen in Hochleistungsrechner und Netzwerke. Da KI-Modelle immer gr??er werden und in vielf?ltigen Anwendungen Einzug halten, power der Bedarf an power an. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, wird der power heterogener Recheneinheiten (XPUs) voraussichtlich von heute 1¨C1,5 kW auf ¨¹ber 5 kW bis 2030 steigen [1]. Dieser Anstieg des power treibt die Nachfrage nach dichteren, effizienteren power vom Netz bis zum Kern an.

Die aufkommende power , die den KI-Skalierungs
erm?glicht Die Verteilung von 415¨C480 VAC innerhalb von Rechenzentren f¨¹hrt zu einem Flickenteppich elektrischer Umwandlungen. power in power umgewandelt werden, power die Batterie-Notstromversorgung zu unterst¨¹tzen, und f¨¹r die weitere Verteilung wieder in Wechselstrom. Doch mit der zunehmenden Skalierung von KI-Systemen ist dieser Energieverlust zu kostspielig, um ihn zu verkraften. Ein wichtiger Schwerpunkt der Branche ist die Hochspannungs-Gleichstromverteilung (HVDC), die Leitungsverluste sowie die Anzahl der Umwandlungsstufen in gro?en Clustern reduziert.

Die wichtigsten vorgeschlagenen L?sungen sind entweder power ¡À400 V (Mt. Diablo) oder 800 V (Kyber). Die erste Phase der HVDC-L?sungen wird weiterhin auf einer 415¨C480-V-Wechselstromverteilung mit einem power basieren, wodurch einige power reduziert werden. Dieser Schritt umfasst weniger power als bestehende Systeme und verringert Leitungsverluste, indem HVDC an das benachbarte Rechenrack geliefert wird. Um jedoch weitere power zu eliminieren, werden Rechenzentren HVDC im gesamten Cluster verteilen. Zus?tzliche Energieeinsparungen werden durch die Implementierung der 800-V-DC-DC-Umwandlung innerhalb der Systemtrays in den Rechenracks erzielt, wodurch Leitungsverluste in den Sammelschienen reduziert werden.

Diese Bereitstellung erfordert eine deutliche Steigerung der Dichte und Effizienz. In den letzten Monaten haben Hyperscaler ihre allgemeinen Anforderungen [2] an h?herepower , power , Dichte und Skalierbarkeit spezifiziert, und Anbieter haben darauf mit vorgeschlagenen Wandlertopologien und ?berlegungen reagiert, um diese Anforderungen zu erf¨¹llen [3].

Dies stellt einen echten Fortschritt dar, und es ist bereits klar, dass die wichtigsten Leistungsziele der L?sungen in greifbarer N?he liegen. Zu den Vorteilen dieser power der n?chsten Generation geh?ren:

1. Hohe ?bersetzungsverh?ltnis ¨C Die Umwandlung von HVDC-Versorgungsspannung in eine sehr niedrige XPU-Kernspannung mit m?glichst wenigen Stufen erfordert ein hohes ?bersetzungsverh?ltnis (>1000:1). L?sungen auf Basis von Halbleitern mit gro?er Bandl¨¹cke wie Galliumnitrid (GaN) erzielen aufgrund h?herer Durchbruchspannungen und geringerer Leitungs- und Schaltverluste im Vergleich zu L?sungen auf Siliziumbasis ein h?heres ?bersetzungsverh?ltnis.

2. Deutliche Steigerung der Packungsdichte im Vergleich zu aktuellen power ¨C Der Anstieg power von XPUs geht nicht mit einer entsprechenden Vergr??erung des verf¨¹gbaren Volumens f¨¹r power einher. Computer- und Netzwerkarchitekturen setzen dem physikalischen Abstand Grenzen, was den Einsatz kompakterer power erforderlich macht. Dank ihrer hervorragenden Schalteigenschaften erm?glichen power den Betrieb bei h?heren Frequenzen, wodurch kleinere Energiespeicherkomponenten wie Kondensatoren, Induktivit?ten oder Transformatoren eingesetzt werden k?nnen.

3. Extrem hoher Wirkungsgrad bei hoher Leistung ¨C Das au?erordentliche Wachstum power in Rechenzentren bedeutet, dass sich power in jeder Stufe direkt auf die Energiekosten auswirken. Daher m¨¹ssen der Umwandlungsgrad und eine hohe Leistungsdichte erreicht werden, ohne dabei Abstriche beim Wirkungsgrad zu machen. GaN-Bauelemente bieten die besten Leistungsmerkmale ¨C darunter einen geringeren spezifischen Durchlasswiderstand, minimale Schaltladungen und einen besseren Hochfrequenz-FOM ¨C, was bei einem gegebenen Verh?ltnis und einer gegebenen Dichte zu einem h?chstm?glichen Wirkungsgrad f¨¹hrt.

Wie GaN die Innovation in Rechenzentren vorantreibt
Der Markt f¨¹r Rechenzentren verlangt nicht nur h?chste Leistung, sondern auch au?ergew?hnliche Qualit?t und Zuverl?ssigkeit. In der Branche setzt sich zunehmend die Ansicht durch, dass Power die Schl¨¹sseltechnologie f¨¹r HVDC-L?sungen in Rechenzentren ist.

ÌÇÐÄÊÓƵ entwickelt GaN-Plattformen, um diesen ?bergang zu unterst¨¹tzen, darunter HV- (650 V) und MV- (200 V und darunter) Bauelemente. Diese Plattformen werden branchenf¨¹hrende Leistungsmerkmale bieten, gepaart mit der Zuverl?ssigkeit und Robustheit, die Hyperscaler ben?tigen, um KI in gro?em Ma?stab einzusetzen.

Chancen f¨¹r die Skalierung von HG?-Architekturen
Mit Blick auf den breiten Einsatz dieser L?sungen bieten sich weiterhin mehrere bedeutende Chancen, die jeweils Spielraum f¨¹r die n?chste Innovationswelle bei der Topologiewahl und der Ger?teoptimierung bieten:

• Festlegung klarer Sicherheits- und Isolationsanforderungen: Bislang wurden Sicherheit und Isolation nur in groben Z¨¹gen er?rtert, doch HVDC-Architekturen erfordern eine Isolation. Die Einhaltung der Sicherheits- und Isolationsvorschriften durch Abst?nde (Kriech- und Luftstrecken) kann zu erheblichen Einbu?en bei der Packungsdichte f¨¹hren, w?hrend die mechanische Einhaltung durch Schutzlackierung oder Verguss die thermische Leistung beeintr?chtigen kann ¨C beides erschwert die Wartungsfreundlichkeit der Systeme im Feld. Die Definition des richtigen Gleichgewichts stellt eine gro?e Chance f¨¹r Innovationen bei Materialien, mechanischen Strukturen und der Systemarchitektur dar.
• Festlegung von EMI/EMC-Anforderungen f¨¹r die Skalierung von Rechenzentren der n?chsten Generation: Da Rechenzentren strenge Normen hinsichtlich elektromagnetischer St?rungen (EMI) und elektromagnetischer Vertr?glichkeit (EMC) erf¨¹llen m¨¹ssen, muss die Branche ermitteln, wie Topologien diese Anforderungen erf¨¹llen k?nnen. Wenn f¨¹r die Skalierung von HVDC-L?sungen sperrige Filterkomponenten erforderlich sind, kann dies die Erreichung der Dichteziele verhindern und m?glicherweise die Wahl einer alternativen Topologie erzwingen. Es ist entscheidend, dass diese Anforderungen auf Rechenzentren im Multi-GW-Bereich skalierbar sind, damit Cluster zusammenarbeiten k?nnen; andernfalls sind Kompatibilit?t und Leistung gef?hrdet.
• Konvergenz hin zu optimalen Abw?rtswandlungsverh?ltnissen und einer power auf Systemebene: Wird sich die Branche auf ein Abw?rtswandlungsverh?ltnis von 16:1 oder 64:1 einigen, oder werden Systementwickler ¨C wenn der HG?-Umrichter in den System-Tray integriert wird ¨C die power auf verschiedene Spannungsebenen optimieren? Wenn L?sungen auf der Grundlage einer Optimierung auf Systemebene ma?geschneidert werden, wird dies wahrscheinlich zu einem Bedarf an geregelten HVDC-Umrichtern sowie an ungeregelten Umrichtern mit festem ?bersetzungsverh?ltnis f¨¹hren, wobei die beiden Typen unterschiedliche Anforderungen an die Transienten stellen. Diese Kompromisse werden sich in Zukunft auf das gesamte Systemdesign auswirken, vom Rack-Eingang bis zur XPU.

Skalierbare, effiziente und nachhaltige Rechenzentren erm?glichen
Im Zuge der Weiterentwicklung und Reifung dieser L?sungen wird ÌÇÐÄÊÓƵ gemeinsam mit seinen Kunden die Ger?teentwicklung optimieren, Treiber- und Sensorfunktionen in power integrieren und power heterogen mit weiteren Komponenten verbinden.

Es ist ermutigend, dass sich die Akteure der Branche nicht nur intensiv mit der Machbarkeit von Umrichtern besch?ftigen, sondern auch sehr aktiv an der Entwicklung offener Standards arbeiten, wie beispielsweise dem , das einen Fahrplan f¨¹r skalierbare, interoperable HG?-Architekturen liefern wird.

Durch den Einsatz von HG?-Architekturen k?nnen Betreiber und OEMs Effizienzgewinne direkt in die Leistung von XPU und Netzwerkclustern umsetzen ¨C und so bei gleichem Energieverbrauch mehr nutzbare Gleitkommaoperationen pro Sekunde (FLOPs) erzielen, w?hrend gleichzeitig Energieverluste reduziert, Betriebskosten gesenkt, die Dichte auf Rack-Ebene verbessert und Nachhaltigkeitsziele durch power effizientere power vorangetrieben werden. Um diese strengen Anforderungen in gro?em Ma?stab zu erf¨¹llen, sind L?sungen erforderlich, bei denen Interoperabilit?t und der langfristige Wert des ?kosystems oberste Priorit?t haben.

Anmerkungen:

[1]

[2]

[3]

Von Tim Nutt