В эпоху искусственного интеллекта стремительный рост вычислительной плотности и энергопотребления поставил перед источниками питания для серверов беспрецедентные вызовы. Согласно статистическим данным, к 2025 году объем мирового рынка источников питания для серверов, как ожидается, достигнет 31,6 млрд юаней, причем на долю китайского рынка придется 9,1 млрд юаней. В основе этого роста рынка лежит высокий спрос на эффективное и стабильное электропитание в центрах обработки данных. Серверы искусственного интеллекта требуют более высокой вычислительной мощности, что также означает более высокое энергопотребление. В результате серверные источники питания стали незаменимым ключевым компонентом центров обработки данных.

Высокий спрос на электроэнергию стимулирует технологические инновации в области источников питания для серверов

По мере увеличения сложности вычислительных задач в области искусственного интеллекта растут и требования к мощности серверных источников питания. Традиционные источники питания на основе кремния с трудом справляются с этими требованиями, особенно в плане высокой удельной мощности и эффективности. Например, средняя мощность серверной стойки ИИ высотой 6U достигла 10,5 кВт, что эквивалентно годовому потреблению электроэнергии 100 человек. Для удовлетворения этих потребностей в области проектирования источников питания происходят технологические инновации, и в качестве новых основных решений на смену приходят полупроводниковые материалы третьего поколения, такие как нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC). Устройства на основе GaN, как правило, обеспечивают КПД 94% и позволяют уменьшить габариты силовых модулей на 40%.

Нитрид галлия и карбид кремния: будущие лидеры рынка источников питания для серверов

Нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC) стремительно набирают популярность в сфере серверных источников питания. Благодаря широкой запрещенной зоне GaN отлично подходит для применения в высоковольтных и высокочастотных системах, что позволяет значительно снизить сопротивление проводимости и потери при переключении, тем самым повышая энергоэффективность. Например, серверный блок питания Huawei мощностью 3000 Вт на основе GaN, созданный по технологии Infineon, имеет плотность мощности, превышающую 90 Вт/куб. дюйм, а его коэффициент полезного действия составляет более 94%.

В свою очередь, SiC, благодаря более высокому пробивному напряжению и скорости переключения, выгодно применяется в системах высокой мощности свыше 4 кВт. Например, компания Infineon недавно выпустила MOSFET на основе SiC на 2000 В, пробивное напряжение которого значительно превышает 650 В у GaN, что делает его подходящим для модульных систем ИБП, требующих высоких уровней напряжения. Устройства на основе SiC не только повышают энергоэффективность, но и обеспечивают более высокую стабильность системы при полной нагрузке, что имеет решающее значение для приложений с удельной мощностью свыше 135 Вт/куб. дюйм.

Проблемы энергоснабжения в центрах обработки данных и инновации в области источников питания для серверов

Потребность в электроэнергии в центрах обработки данных стремительно растет, в первую очередь за счет серверов искусственного интеллекта. Например, недавно выпущенный компанией NVIDIA графический процессор B200 для искусственного интеллекта потребляет при полной нагрузке до 1200 Вт, а общее энергопотребление аппаратной платформы DGX B200, состоящей из 8 графических процессоров, достигает 14,3 кВт. Такие высокие требования к мощности делают традиционные конструкции источников питания нежизнеспособными, что требует разработки более совершенных конструкций серверных источников питания, таких как архитектуры с коррекцией коэффициента мощности (PFC) без моста. Модуль питания CPRS185 мощностью 3200 Вт от Navitas Semiconductor, основанный на этой конструкции, обеспечивает плотность мощности 100 Вт/куб. дюйм при КПД, превышающем 96%, что имеет большое значение для повышения энергоэффективности центров обработки данных.

Тенденции рынка источников питания для серверов: от кремниевых полупроводников к полупроводникам третьего поколения

С развитием технологий искусственного интеллекта рынок источников питания для серверов претерпевает значительные изменения. Хотя в настоящее время доминируют источники питания на основе кремния, сфера применения полупроводниковых материалов третьего поколения стремительно расширяется. Согласно результатам рыночных исследований, к 2025 году ожидается значительное увеличение доли рынка силовых модулей на основе GaN и SiC. Эти новые материалы позволяют существенно повысить энергоэффективность и сократить энергопотребление в центрах обработки данных. Например, новейшие модули ИБП на основе SiC позволяют повысить КПД до более чем 98% и одновременно уменьшить габариты системы на 30%, что имеет решающее значение для снижения совокупной стоимости владения (TCO) центров обработки данных.

Будущее серверных источников питания: на пути к плотности мощности 10 кВт и выше

Поскольку потребности серверов искусственного интеллекта в электроэнергии продолжают расти, будущие серверные источники питания преодолеют существующие ограничения по мощности, достигнув уровня 10 кВт и даже выше. Компания Navitas Semiconductor планирует к концу этого года выпустить серверную платформу питания, поддерживающую мощность 8–10 кВт, с плотностью мощности, превышающей 135 Вт/куб. дюйм, и КПД, достигающим более 971 TP3T при полной нагрузке. Эти новые платформы будут сочетать в себе технологии GaN и SiC для обеспечения эффективного электропитания при дальнейшем уменьшении размеров силовых модулей, обеспечивая надежную энергетическую поддержку для серверов искусственного интеллекта.

Экологические и энергосберегающие преимущества технологических инноваций в области источников питания для серверов

Полупроводниковая технология третьего поколения не только обеспечивает значительное повышение производительности, но и существенно снижает углеродный след центров обработки данных. Например, серверные источники питания на основе GaN, благодаря высокой эффективности и компактной конструкции, сокращают энергопотребление в центрах обработки данных, а также снижают потребности в охлаждении, что особенно важно в контексте все более строгих глобальных экологических норм. По прогнозам, серверные источники питания на основе полупроводников третьего поколения могут сократить энергопотребление центров обработки данных на 15%–20%, что не только способствует энергосбережению, но и снижает эксплуатационные расходы.

Экономическая эффективность высокоэффективных источников питания для серверов

По мере развития технологий питания серверов, в частности благодаря применению GaN и SiC, ожидается значительное снижение эксплуатационных расходов центров обработки данных. Высокоэффективные силовые модули сокращают потери энергии, снижая расходы на электроэнергию. Например, серверный блок питания мощностью 3200 Вт, использующий новейшую технологию GaN, достигает КПД более 96,1% в диапазоне нагрузки 20,1–60,1%, что значительно превышает требования стандарта 80PLUS Titanium. Это означает, что центры обработки данных могут эффективно контролировать затраты на электроэнергию, сохраняя при этом высокую производительность вычислений, что повышает общую рентабельность инвестиций (ROI).

Усиление глобальной конкуренции на рынке источников питания для серверов

Под влиянием рыночного спроса в эпоху искусственного интеллекта конкуренция на рынке серверных источников питания становится всё более ожесточённой. Крупные производители вкладывают значительные средства в исследования и разработки технологий GaN и SiC, стремясь завоевать долю рынка. Такие компании, как Infineon и Navitas Semiconductor, уже выпустили несколько высокопроизводительных модулей питания, призванных удовлетворить потребности будущих серверов искусственного интеллекта в источниках питания высокой мощности и высокой плотности. В ближайшие годы на рынке ожидается появление новых прорывных технологий в области источников питания на основе полупроводников третьего поколения, что позволит ещё больше повысить общую производительность и надёжность серверных источников питания.

Проблемы и перспективы в сфере цепочки поставок источников питания для серверов

На фоне стремительного роста спроса на полупроводниковые материалы третьего поколения рынок серверных источников питания сталкивается с проблемами в цепочке поставок. Наблюдается дефицит сырья для производства устройств на основе GaN и SiC, а сложность производственного процесса может замедлить вывод новых продуктов на рынок. Однако это также открывает возможности для стратегического сотрудничества и инвестиций в расширение производственных мощностей. Ожидается, что в течение следующих пяти лет крупнейшие мировые производители серверных источников питания ускорят массовое производство полупроводниковых материалов третьего поколения, что будет способствовать повышению эффективности всей отрасли в целом.

Заключение: Направления развития серверных источников питания в эпоху искусственного интеллекта

В эпоху искусственного интеллекта технологические инновации в области серверных источников питания имеют решающее значение. Полупроводниковые материалы третьего поколения, такие как GaN и SiC, открывают новые возможности для разработки источников питания с высокой удельной мощностью и высокой эффективностью. По мере дальнейшего расширения сферы применения искусственного интеллекта во всем мире рынок серверных источников питания будет продолжать расти, и компаниям следует воспользоваться этой тенденцией, активно внедряя полупроводниковые технологии третьего поколения, чтобы сохранить лидерство на рынке, характеризующемся жесткой конкуренцией. В будущем серверные источники питания будут развиваться в направлении повышения плотности мощности и эффективности, обеспечивая надежную поддержку стабильной работы центров обработки данных.