Transiënte stroomonderbrekingen op millisecondenniveau in BBU's van AI-serverracks: Waarom is een "hybride supercondensator (LIC) + BBU" geschikter?

AI-serverracks ondervinden stroompieken en spanningsdalingen op de DC-bus van milliseconden (doorgaans 1–50 ms) tijdens het snel schakelen tussen trainings- en inferentietaken. NVIDIA vermeldt in het ontwerp van zijn GB300 NVL72-stroomrack dat het energieopslagcomponenten integreert en samenwerkt met een controller om snelle, tijdelijke stroomstabilisatie op rackniveau te realiseren (zie referentie [1]).

In de technische praktijk kan het gebruik van een "hybride supercondensator (LIC) + BBU (Battery Backup Unit)" om een ​​nabijgelegen bufferlaag te vormen, de "transiënte respons" en de "kortstondige back-upstroom" van elkaar scheiden: de LIC is verantwoordelijk voor compensatie op millisecondenniveau, en de BBU voor overname op seconde- tot minuutniveau. Dit artikel biedt ingenieurs een reproduceerbare selectiemethode, een lijst met belangrijke indicatoren en verificatiepunten. Aan de hand van de YMIN SLF 4.0V 4500F (ESR van één eenheid ≤ 0,8 mΩ, continue ontlaadstroom 200 A, parameters dienen te worden geraadpleegd in het specificatieblad [3]) als voorbeeld, worden configuratiesuggesties en vergelijkende gegevens ter ondersteuning gegeven.

Rack BBU-voedingen brengen de "transiënte stroomstabilisatie" dichter bij de belasting.

Naarmate het stroomverbruik van een enkel rack de honderden kilowatts bereikt, kunnen AI-workloads in korte tijd stroompieken veroorzaken. Als de spanningsval over de bus de systeemdrempel overschrijdt, kan dit leiden tot beveiliging van het moederbord, GPU-fouten of herstarts. Om de impact van piekbelastingen op de stroomvoorziening en het elektriciteitsnet te verminderen, introduceren sommige architecturen energiebuffer- en -regelstrategieën binnen het rack zelf. Hierdoor kunnen stroompieken lokaal binnen het rack worden opgevangen en afgevoerd. De kernboodschap van dit ontwerp is: tijdelijke problemen moeten eerst worden aangepakt op de locatie die het dichtst bij de belasting ligt.

In servers die zijn uitgerust met ultra-krachtige (kilowatt-niveau) GPU's zoals de NVIDIA GB200/GB300, is de kernuitdaging voor voedingssystemen verschoven van traditionele back-upvoeding naar het opvangen van kortstondige stroompieken op milliseconden- en honderden kilowattniveau. Traditionele back-upvoedingsoplossingen met loodzuuraccu's kampen met knelpunten in reactiesnelheid en vermogensdichtheid als gevolg van inherente vertragingen in chemische reacties, hoge interne weerstand en beperkte dynamische laadcapaciteit. Deze knelpunten zijn belangrijke factoren geworden die de verbetering van de rekenkracht en systeembetrouwbaarheid van individuele racks belemmeren.

Tabel 1: Schematisch diagram van de locatie van de hybride energieopslagmodus met drie niveaus in de rack-BBU (tabeldiagram)

Architectuur Evolutie

Van "Batterijback-up" naar "Hybride energieopslagmodus met drie niveaus"

Traditionele batterij-back-ups (BBU's) vertrouwen voornamelijk op batterijen voor energieopslag. Geconfronteerd met stroomtekorten van milliseconden reageren batterijen, beperkt door de kinetiek van chemische reacties en een equivalente interne weerstand, vaak minder snel dan op condensatoren gebaseerde energieopslag. Daarom zijn rack-side oplossingen een gelaagde strategie gaan hanteren: "LIC (transiënt) + BBU (korte termijn) + UPS/HVDC (lange termijn)":

LIC parallel geschakeld nabij de DC-bus: verzorgt vermogenscompensatie en spanningsondersteuning op millisecondenniveau (laden en ontladen met hoge snelheid).

BBU (batterij of andere energieopslag): zorgt voor overname op seconde- tot minuutniveau (systeem ontworpen voor back-upduur).

UPS/HVDC-systemen op datacenterniveau: zorgen voor een langdurige, ononderbroken stroomvoorziening en netregulering.

Deze taakverdeling ontkoppelt "snelle variabelen" en "langzame variabelen": het stabiliseert de bus en vermindert tegelijkertijd de belasting en onderhoudsdruk op de energieopslageenheden op de lange termijn.

Diepgaande analyse: Waarom YMIN?Hybride supercondensatoren?

De hybride supercondensator LIC (lithium-ioncondensator) van Ymin combineert structureel de hoge vermogenskarakteristieken van condensatoren met de hoge energiedichtheid van een elektrochemisch systeem. In scenario's voor transiënte compensatie is de sleutel tot het weerstaan ​​van de belasting: het leveren van de benodigde energie binnen de beoogde Δt, en het leveren van een voldoende grote pulsstroom binnen het toelaatbare temperatuurstijgings- en spanningsdalingsbereik.

Hoog vermogen: Wanneer de GPU-belasting abrupt verandert of het elektriciteitsnet fluctueert, ervaren traditionele loodzuuraccu's, vanwege hun trage chemische reactiesnelheid en hoge interne weerstand, een snelle afname van hun dynamische laadcapaciteit, waardoor ze niet binnen milliseconden kunnen reageren. De hybride supercondensator kan binnen 1-50 ms onmiddellijke compensatie bieden, gevolgd door een back-upvoeding van de BBU die minutenlang stroom levert. Dit garandeert een stabiele busspanning en vermindert het risico op crashes van het moederbord en de GPU aanzienlijk.

Volume- en gewichtsoptimalisatie: Bij een vergelijking van de "equivalente beschikbare energie (bepaald door het V_hi→V_lo spanningsbereik) + het equivalente transiënte bereik (Δt)" reduceert de LIC-bufferlaagoplossing doorgaans het volume en gewicht aanzienlijk ten opzichte van traditionele batterijback-ups (volumereductie van circa 50%–70%, gewichtsreductie van circa 50%–60%; typische waarden zijn niet openbaar beschikbaar en vereisen projectverificatie), waardoor rackruimte en luchtstroomcapaciteit worden bespaard. (Het specifieke percentage is afhankelijk van de specificaties, structurele componenten en warmteafvoeroplossingen van het te vergelijken object; projectspecifieke verificatie wordt aanbevolen.)

Verbetering van de laadsnelheid: LIC beschikt over snelle laad- en ontlaadmogelijkheden en de laadsnelheid is doorgaans hoger dan die van batterijoplossingen (een snelheidsverbetering van meer dan 5 keer, waardoor snelladen in bijna tien minuten mogelijk is; bron: hybride supercondensator versus typische loodzuuraccu). De laadtijd wordt bepaald door de vermogensreserve van het systeem, de laadstrategie en het thermisch ontwerp. Het wordt aanbevolen om "de tijd die nodig is om op te laden tot V_hi" als acceptatiecriterium te gebruiken, in combinatie met een evaluatie van de temperatuurstijging bij herhaalde pulsen.

Lange levensduur: LIC-accu's hebben doorgaans een langere levensduur en vereisen minder onderhoud bij frequent laden en ontladen (1 miljoen cycli, meer dan 6 jaar levensduur, ongeveer 200 keer langer dan traditionele loodzuuraccu's; bron: Hybride supercondensatoren vergeleken met typische loodzuuraccu's). De levensduur en de temperatuurstijging zijn afhankelijk van specifieke specificaties en testomstandigheden. Vanuit een levenscyclusperspectief draagt ​​dit bij aan lagere operationele kosten, onderhoudskosten en kosten voor defecten.

Figuur 2: Schematische weergave van een hybride energieopslagsysteem:

Lithium-ionbatterij (seconde-minuutniveau) + lithium-ioncondensator LIC (buffer op millisecondeniveau)

Gebaseerd op het Japanse Musashi CCP3300SC-referentieontwerp (3,8V 3000F) van NVIDIA GB300, biedt deze chip een hogere capaciteitsdichtheid, een hogere spanning en een hogere capaciteit volgens de openbaar beschikbare specificaties: een bedrijfsspanning van 4,0V en een capaciteit van 4500F. Dit resulteert in een hogere energieopslag per cel en sterkere buffercapaciteiten binnen dezelfde modulegrootte, waardoor een onverminderde respons op millisecondenniveau gegarandeerd is.

Belangrijkste parameters van de YMIN SLF-serie hybride supercondensatoren:

Nominale spanning: 4,0 V; Nominaal vermogen: 4500 °F

DC interne weerstand/ESR: ≤0,8 mΩ

Continue ontlaadstroom: 200A

Bedrijfsspanningsbereik: 4,0–2,5V

Door gebruik te maken van YMIN's hybride, op supercondensatoren gebaseerde BBU-oplossing voor lokale buffering, kan deze binnen een milliseconde een hoge stroomcompensatie aan de DC-bus leveren, waardoor de stabiliteit van de busspanning verbetert. In vergelijking met andere oplossingen met dezelfde beschikbare energie en transiënte responstijd, neemt de bufferlaag doorgaans minder ruimte in beslag en maakt rackbronnen vrij. De oplossing is ook beter geschikt voor hoogfrequent laden en ontladen en snelle hersteltijden, waardoor de onderhoudsdruk afneemt. De specifieke prestaties dienen te worden geverifieerd op basis van de projectspecificaties.

Selectiegids: Nauwkeurige afstemming op het scenario

Gezien de extreme uitdagingen van AI-rekenkracht is innovatie in stroomvoorzieningssystemen cruciaal.YMIN's SLF 4.0V 4500F hybride supercondensatorMet zijn solide, eigen technologie biedt het bedrijf een hoogwaardige, uiterst betrouwbare, in eigen land geproduceerde BBU-bufferlaagoplossing, die essentiële ondersteuning biedt voor de stabiele, efficiënte en intensieve continue ontwikkeling van AI-datacenters.

Indien u gedetailleerde technische informatie nodig heeft, kunnen wij u voorzien van: datasheets, testgegevens, toepassingsselectietabellen, monsters, enz. Geef ook belangrijke informatie door, zoals: busspanning, ΔP/Δt, ruimteafmetingen, omgevingstemperatuur en levensduurspecificaties, zodat we snel configuratieaanbevelingen kunnen doen.

Vragen- en antwoordsectie

V: De GPU-belasting van een AI-server kan binnen milliseconden met 150% stijgen, en traditionele loodzuuraccu's kunnen dit niet bijbenen. Wat is de specifieke reactietijd van YMIN lithium-ion supercondensatoren en hoe bereikt u deze snelle ondersteuning?

A: YMIN hybride supercondensatoren (SLF 4.0V 4500F) maken gebruik van fysieke energieopslagprincipes en hebben een extreem lage interne weerstand (≤0,8 mΩ), waardoor ze binnen 1-50 milliseconden razendsnel kunnen ontladen. Wanneer een plotselinge verandering in de GPU-belasting een scherpe daling van de DC-busspanning veroorzaakt, kan de supercondensator vrijwel direct een grote stroom leveren, waardoor de busspanning direct wordt gecompenseerd. Dit geeft de backend BBU-voeding de tijd om te ontwaken en de taken over te nemen, wat zorgt voor een soepele spanningsovergang en voorkomt rekenfouten of hardwarecrashes als gevolg van spanningsdalingen.

Samenvatting aan het einde van dit artikel

Toepassingsgebieden: Geschikt voor back-upvoedingseenheden (BBU's) op rackniveau van AI-servers in scenario's waarbij de DC-bus te maken krijgt met kortstondige stroompieken/spanningsdalingen van milliseconden; toepasbaar in een "hybride supercondensator + BBU"-architectuur voor lokale buffering van de busspanning en compensatie van transiënten bij kortstondige stroomuitval, netschommelingen en plotselinge veranderingen in de GPU-belasting.

Belangrijkste voordelen: Snelle respons op millisecondenniveau (compensatie voor transiënte vensters van 1-50 ms); lage interne weerstand/hoge stroomcapaciteit, wat de stabiliteit van de busspanning verbetert en het risico op onverwachte herstarts vermindert; ondersteunt snel laden en ontladen en snel opladen, waardoor de hersteltijd van de noodstroomvoorziening wordt verkort; beter geschikt voor hoogfrequente laad- en ontlaadomstandigheden in vergelijking met traditionele batterijoplossingen, wat bijdraagt ​​aan lagere onderhoudskosten en lagere totale levenscycluskosten.

Aanbevolen model: YMIN Square Hybrid Supercondensator SLF 4.0V 4500F

Gegevensverzameling (specificaties/testrapporten/monsters):

Officiële website: www.ymin.com
Technische hulplijn: 021-33617848

Referenties (openbare bronnen)

[1] Officiële openbare informatie/technische blog van NVIDIA: Inleiding tot GB300 NVL72 (Power Shelf) Rack-Level Transient Smoothing/Energy Storage

[2] Openbare rapporten van media/instellingen zoals TrendForce: GB200/GB300 gerelateerde LIC-aanvragen en informatie over de toeleveringsketen

[3] Shanghai YMIN Electronics levert de “SLF 4.0V 4500F Hybrid Supercapacitor Specifications”