Stromumwandlung und -verteilung im Rechenzentrum
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Die Stromversorgungsinfrastruktur von Rechenzentren entwickelt sich rasant.

Der Ausbau von Rechenzentren für künstliche Intelligenz (KI) treibt rasante Innovationen voran, um den Energiebedarf zu decken, die Effizienz zu steigern, die Bereitstellung zu beschleunigen und den Spitzenstrombedarf während des Trainings und bei Lastspitzen zu reduzieren. Zu den Technologien zur Stromumwandlung in Rechenzentren gehören:

  • 10 bis 34.5 kV Mittelspannungs-Halbleitertransformatoren (SST)
  • Batteriespeichersysteme (BESS) zur Notstromversorgung und Spitzenlastabdeckung
  • 800-V-Gleichstromverteilung für hohe Leistung
  • 100-kW-Leistungsschränke mit hohem Wirkungsgrad ermöglichen 1-MW-Racks

Teledyne LeCroy unterstützt Ingenieure bei der Weiterentwicklung und Optimierung der Stromwandlungsinfrastruktur von Rechenzentren.

Teledyne LeCroy versteht die laufenden Innovationen im Bereich der Stromverteilung in Rechenzentren und kann optimal dabei helfen, die Anforderungen an die Stromumwandlungsinfrastruktur für Rechenzentren der aktuellen und nächsten Generation zu erfüllen.

Liniendiagramm zur Darstellung der Stromverteilung in einem Rechenzentrum von der Stromversorgung bis zum Serverrack (Server).
Ingenieure testen ein eingebettetes System, das in einem Stromwandlungssystem für ein Rechenzentrum eingesetzt wird.
Test- und Messgeräte, die bei der Prüfung von Stromversorgungsprodukten in Rechenzentren eingesetzt werden.

Die Marktanforderung

Was Ingenieure benötigen

Was Teledyne LeCroy bietet

Der Ausbau von Rechenzentren übersteigt die Möglichkeiten zur kostengünstigen Beschaffung und Bereitstellung von Stromversorgung. Hyperscaler und Liefer-/Kostenengpässe treiben die rasche Einführung neuer Stromversorgungssysteme für Rechenzentren voran. Zu den Designüberlegungen für Rechenzentren gehören:

  • Die Einbindung einer eigenen Stromerzeugung und/oder einer Notstromversorgung, die in der Lage ist, sofort auf den Bedarf des KI-Trainings zu reagieren und Spitzenlastkosten zu vermeiden, ist erforderlich.
  • Verbesserung der Effizienz der Stromverteilung in Rechenzentren zur Minimierung von Kosten und Netzlast
  • Erhöhung der Stromverteilungsspannung zur Kostenminimierung und/oder Steigerung der Leistungsdichte
  • Ersatz von Artikeln mit langen Lieferzeiten durch weniger, besser integrierte Leistungsumwandlungssysteme

Die Anforderungen an die Stromversorgung von Rechenzentren bringen Ingenieure aus dem gesamten Ökosystem zusammen, um die Stromverteilung in Rechenzentren neu zu konzipieren und zu modernisieren. Dies umfasst Ingenieure von Hyperscale-Rechenzentren sowie Ingenieure von Anbietern von Stromversorgungsanlagen und Herstellern von Leistungshalbleitern.

  • Ingenieure und technische Architekten von Hyperscale-Rechenzentren müssen die Effizienz maximieren und die Betriebsenergiekosten minimieren.
  • Geräteentwickler müssen Messungen zur Gerätecharakterisierung an Geräten mit großem Bandabstand durchführen.
  • Die Ingenieure des Teilbereichs Wechselrichter müssen modulare Mehrpegelwandler für Halbleitertransformatoren (SST), DC/DC-Wandler, Netzteile oder Batteriespeichersysteme (BESS) entwerfen.
  • Systemingenieure müssen die dynamische Leistungsfähigkeit oder den Wirkungsgrad eines kompletten 3-Phasen- oder 1-Phasen-Systems messen.

Teledyne LeCroy bietet Oszilloskope, Tastköpfe und Anwendungssoftware für alle Arten von Leistungswandlungstests – von MOSFET/IGBT-Bauelementtests über Tests von Wechselrichter-Teilsystemen bis hin zur kompletten Analyse von Leistungswandlungssystemen – kV bis µV, MW bis mW.

  • Hochpräzise, ​​rauscharm 12-bit Oszilloskope mit nahezu der Genauigkeit eines Leistungsanalysators
  • Software zur Leistungsanalyse zur vollständigen Messung von Wechselstrom-, Gleichstrom-, dynamischen und transienten Ereignissen bis auf eine einzelne Schaltperiode eines Halbleiterbauelements.
  • Bis zu 1000 ARMS hoher Bandbreite Stromsonden und spezialisiert Hochspannungssonden optimiert für 60 VDC, 1000 VDC, 2000 VDC und 6000 VDC (und höher) Gleichtakt

Festkörpertransformatoren (SST)

SSTs haben sich rasant vom Laborkonzept zur Produktionsrealität entwickelt. Sie beschleunigen den Aufbau von Rechenzentren, bieten native Schnittstellen zu Batteriespeichersystemen (BESS) und reduzieren die Leistungsverluste in Rechenzentren.

  • Messen Sie den Gesamtwirkungsgrad der Umwandlung vom Netzeingang zum Gleichstromausgang während der Entwicklung, vor der endgültigen Validierung.
  • Messen Sie die dynamische Reaktionszeit auf Lastspitzen oder Lastabwurfereignisse innerhalb eines Schaltzyklus eines Halbleiterbauelements oder innerhalb eines 50/60 Hz-Leistungszyklus
  • Prüfung der Wechselbeziehungen zwischen den Unterabschnitten des modularen Mehrpegelwechselrichters
  • Effizienz und Betrieb unter stark dynamischen Betriebszyklen messen – mehr als nur statische Momentaufnahmen.

Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) und unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV)

Energieversorger und Regulierungsbehörden wehren sich gegen neue Hochleistungsnetzanschlüsse für Hyperscale-Rechenzentren, was zu Verzögerungen bei der Netzanbindung und hohen Spitzenlastgebühren führt. Batteriespeichersysteme (BESS) mindern diese Probleme.

  • Messung/Validierung der Interaktion und Reaktionszeit des Batteriespeichersystems in Verbindung mit der SST und der Rechenzentrumsnachfrage
  • Das Verhalten der Leistungsaufbereitung bis auf einen einzelnen Schaltzyklus eines Halbleiterbauelements oder innerhalb eines 50/60 Hz-Leistungszyklus
  • Setzen Sie abrupte Laständerungen und Stromabschaltungen in Zusammenhang mit anderen Systemverhaltensweisen.
  • Harmonische Analyse des Gleichstromausgangs.

800 VDC Stromverteilungsbus

Um Kosten zu sparen, die Effizienz zu steigern und einen Standard für die Spannungen zu schaffen, die in der Elektrofahrzeugarchitektur immer häufiger verwendet werden, werden Rechenzentren mit Hochspannungs-Gleichstrombussen ausgestattet.

  • Messung von DC/AC-Transientströmen bis zu 1000 ARMS und bis zu 1.5 MHz Bandbreite mit hochpräzise Stromsonde
  • Hochspannungs-Gleichstrom messen plus Hochgeschwindigkeits-Transienten mit einer Genauigkeit von 1 % und hoher Unterdrückung von abgestrahlten Emissionen (beste Gleichtaktunterdrückung)
  • Setzen Sie die Oberwellenbelastung im Gleichstromzwischenkreis in Beziehung zu anderen Geräten, Stromquellen oder Lasten.

Netzteile (PSU)

Hyperscale-Rechenzentren benötigen Netzteile mit 80 PLUS Titanium-Effizienzstandard, der durch das Open Compute Project (OCP) weit verbreitet ist.

  • Messen Sie Wirkungsgrad, Leistungsfaktor (PF) (bei AC/DC-Systemen) und Klirrfaktor (THD) frühzeitig im Designzyklus, um die Leistung vor der endgültigen Validierung zu optimieren.
  • Erhalten Sie Echtzeit-Design-Feedback während dynamischer Lastbedingungen
  • Korrelieren Sie Steuerungsaktivitäten mit Leistungsereignissen in Zeiträumen, die so kurz sind wie ein Schaltzyklus eines Leistungshalbleiterbauelements.

Stromversorgung für Compute Rack 48 V auf 12 V DC-DC-Wandler

48V-Stromarchitekturen sehen sich mit strengeren Effizienzanforderungen konfrontiert, da steigende Leistungspegel in KI-Rechenzentren die Verluste verstärken und somit die Notwendigkeit mit sich bringen, jede Stufe der 48V-Umwandlungskette im Hinblick auf höchste Effizienz zu optimieren.

  • 48V GaN DC-DC-Wandlersysteme am genauesten charakterisieren
  • Messung von DC/AC-Transientströmen bis zu 1000 ARMS und bis zu 1.5 MHz Bandbreite mit einem 1000 A Stromsonde
  • Branchenweit einzige 60-V-Gleichtaktsonde Optimiert für diese Art von Messungen, 0.5 % Verstärkungsgenauigkeit

PDN und Stromversorgungsintegrität auf Server-Motherboards

LeCroy HDO®-Oszilloskope, Tastköpfe und Softwareoptionen bieten die beste Möglichkeit, alles an Ihren Stromschienen unter verschiedenen Last- oder Lastentlastungsbedingungen zu erfassen und zu analysieren.

  • Analyse der Energieintegrität
  • PDN-Rauschen- und Spektralanalyse auf einzelnen oder mehreren Schienen
  • Charakterisierung des Digital Power Management IC (PMIC).
  • Low-Dropout- (LDO) und Schaltreglermessungen
  • Stromschienensonden- und Geräuschmessungen


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Häufig gestellte Fragen

Name

Empfohlene Teledyne LeCroy Geräteliste für den Doppelpulstest (DPT)

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Wie man in 5 Minuten die beste Hochspannungs-Oszilloskopsonde auswählt

Sie suchen eine Hochspannungs-Oszilloskopsonde? Sind Sie von der großen Auswahl überwältigt? Teledyne LeCroy bietet Ihnen den Online-Leitfaden zur Auswahl von Hochspannungssonden, der Ihnen hilft, eine fundierte Entscheidung zu treffen. Hier finden Sie eine Übersicht der wichtigsten Kriterien.

 Anwendungshinweis
Hochspannungsdifferenzial-(HVD)-Sonden – Überlegene Leistung
DL-ISO-Sonde für GaN-MOSFETs und SiC-IGBTs
Frequenzganganalyse (Bode-Diagramm) mit einem Oszilloskop
1000-A-Oszilloskop-Stromtastkopf
Teledyne LeCroy – Stromsonden
Automatisierte Doppelimpulsprüfung mit der DPT-AUTOMATION-Software
Trends und Tests der Stromversorgungsinfrastruktur von Rechenzentren – Stromversorgungen (PDUs und PSUs)

Nehmen Sie an der Präsentation von Teledyne LeCroy teil, in der wir die Stromverteilungsinfrastruktur von Rechenzentren vorstellen und die wichtige Rolle von Stromwandlungsprodukten für einen effizienten und zuverlässigen Betrieb von Rechenzentren beleuchten. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf Produkttests von PDUs/PSUs, die Server mit Gleichstrom versorgen.

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Bewährte Verfahren für die Prüfung der 48-V-Leistungswandlung

In diesem Webinar beschreiben wir neue Produkte sowie bewährte Verfahren und Messtechniken zur Validierung und Fehlersuche von 48-V-Leistungswandlungssystemen.

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Wie man Doppelpulstests (DPT) an GaN- und SiC-Bauelementen durchführt

Nehmen Sie an der Teledyne LeCroy-Vorführung teil und erleben Sie Doppelpulstests an Galliumnitrid- (GaN) und Siliziumkarbid- (SiC) Leistungshalbleiterbauelementen. Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Sicherheitsmaßnahmen, die vor Messungen zu beachten sind, und was aus den erfassten Signalverläufen abzuleiten ist.

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Webinarreihe „Drehstrom und Motoren – Expertenwissen“ (6-teilig)

Bringen Sie Ihre Motorantriebsanalyse auf die nächste Stufe! Nehmen Sie an dieser On-Demand-Lernreihe von Teledyne LeCroy teil und lernen Sie, wie Sie Hochleistungs-Drehstrom-Wechselrichter und Antriebssysteme mit einem hochauflösenden 8-Kanal-Oszilloskop oder Motorantriebsanalysator messen. Wir behandeln alle Aspekte – von statischen und dynamischen Wechselstromnetzmessungen bis hin zur mechanischen Motorleistung und vielem mehr!

Oszilloskop-Messungen in der Leistungselektronik

Die Entwicklung von Leistungselektronikgeräten birgt inhärente Herausforderungen im Bereich der Messtechnik. Die richtige Auswahl und Verwendung der Messspitzen ist entscheidend für die Sicherheit von Bediener, Gerät und Prüfling und hat zudem einen großen Einfluss auf die Messgenauigkeit.

Wie man Experte für Netzintegritätsprüfung wird (8-teilige Serie)

Stromverteilungsnetze (PDNs) erfordern eine sorgfältige Planung, um eine optimale Stromintegrität zu gewährleisten, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsnetzen. Nehmen Sie an unserer 8-teiligen Reihe von Teledyne LeCroy teil, in der wir Sie anhand zahlreicher Live-Demonstrationen durch die Grundlagen der Stromintegritätsprüfung bis hin zu fortgeschrittenen Themen führen.

Warum wird die Leistung von Rechenzentrums-Stromschienen von 100 kW auf 1 MW erhöht?

KI-Beschleuniger und GPUs benötigen deutlich mehr Energie als herkömmliche Prozessoren, was zu einem höheren Strombedarf im Rack führt. Um dies zu decken, werden Rack-Architekturen entsprechend skaliert: Ein 1-MW-Rack besteht typischerweise aus mehreren 100-kW-Leistungsmodulen, die jeweils etwa sechs Netzteile enthalten. Die Leistung einzelner Netzteile hat sich im Vergleich zum üblichen Bereich von 3.3 kW bis 5 kW auf etwa 20 kW erhöht.

Warum steigt die Gleichstromverteilung in Rechenzentren von 48 V auf 800 V?

KI-Rechenzentren benötigen deutlich höhere Leistungspegel als herkömmliche Rechenzentren. Die traditionelle 48-V-Gleichstromverteilung führt bei hohen Leistungspegeln zu extrem hohen Strömen, was die Kosten der Stromschienenverteilung und die Verluste erhöht. Um dem entgegenzuwirken, setzt die Branche zunehmend auf 800-V-Gleichstromarchitekturen und nutzt dabei bewährte Designansätze aus der Elektromobilität. Mit der stetig steigenden Leistungsdichte wird erwartet, dass sich die Gleichstromverteilung in Rechenzentren auf 1500 V entwickelt (eine Eingangsspannung, die üblicherweise in Hochleistungs-Photovoltaik-Wechselrichtern im Kraftwerksmaßstab verwendet wird).

Welche Rolle werden Halbleitertransformatoren in KI-Rechenzentren spielen?

Festkörpertransformatoren (SSTs) sind netzgekoppelte Umrichter, die vom Energieversorger gelieferte Mittelspannungswechselspannung (10–34.5 kV) in 800 V Gleichspannung umwandeln, um eine effiziente Verteilung innerhalb des Gebäudes zu gewährleisten. Ihre modulare, mehrstufige Architektur ermöglicht eine präzise Leistungsregelung, höhere Effizienz und verbesserte Skalierbarkeit und macht sie damit ideal für zukünftige KI-Rechenzentren mit hohem Leistungsbedarf. Ihr Einsatz löst zudem die Lieferzeitprobleme herkömmlicher Kern-/Spulen-Transformatoren. 50/60 Hz-Transformatoren.

Warum gewinnen Batteriespeichersysteme (BESS) in KI-Rechenzentren zunehmend an Bedeutung?

Mit steigendem Strombedarf im Gigawattbereich können Batteriespeichersysteme (BESS) herkömmliche USV-Systeme ergänzen, indem sie Notstromversorgung, Lastspitzenkappung und Netzstützungsdienstleistungen bereitstellen. Batteriesysteme helfen Betreibern außerdem, die Stromverfügbarkeit zu optimieren und Netzengpässe zu bewältigen.

Warum werden Halbleiter mit großem Bandabstand (SiC und GaN) in Stromwandlungssystemen von Rechenzentren eingesetzt?

Siliziumkarbid- (SiC) und Galliumnitrid- (GaN) Bauelemente ermöglichen im Vergleich zu herkömmlichem Silizium höhere Schaltfrequenzen, einen verbesserten Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsdichte. Diese Vorteile tragen dazu bei, die Leistungsumwandlungsverluste zu reduzieren und den Wirkungsgrad zu verbessern, während sie gleichzeitig den Trend der Branche hin zu Hochspannungs-Leistungsarchitekturen unterstützen.

Werden Rechenzentren irgendwann vollständig auf Gleichstrom-basierte Architekturen umsteigen?

Durch den Wegfall mehrerer AC/DC-Wandlungsstufen lassen sich Effizienz und Einfachheit der Stromverteilung verbessern. Da die Branche zunehmend auf 800-V-Gleichstromverteilung und Halbleitertransformatoren setzt, werden für KI-Einrichtungen der nächsten Generation verstärkt vollständig mit Gleichstrom betriebene Architekturen erforscht.

Warum benötigen KI-Rechenzentren eine schnellere Impulsantwort von den Netzteilen?

Moderne KI-GPUs können rasche und erhebliche Änderungen des Leistungsbedarfs verursachen. Um die Spannungsstabilität zu gewährleisten, die Effizienz zu verbessern und das dynamische Verhalten von Prozessoren der nächsten Generation zu unterstützen, sind fortschrittliche Stromversorgungsdesigns erforderlich.

Warum gewinnt die Stromqualität in KI-Rechenzentren zunehmend an Bedeutung?

KI-GPUs reagieren sehr empfindlich auf Spannungsschwankungen, transiente Ereignisse und Stromstörungen. Fortschrittliche Überwachung der Stromqualität trägt dazu bei, einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, die Verfügbarkeit zu maximieren und kostspielige Unterbrechungen von KI-Trainings- und Inferenzprozessen zu verhindern.

Warum integrieren KI-Rechenzentren erneuerbare Energien und Mikronetze?

KI-Anwendungen erzeugen einen beispiellosen Strombedarf, der häufig die Kapazität lokaler Stromnetze übersteigt. Erneuerbare Energien, dezentrale Energiespeicher und Mikronetze tragen dazu bei, die Energieverfügbarkeit zu verbessern, die Netzabhängigkeit zu verringern und Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen.

Erforschen KI-Rechenzentren die Stromverteilung mit 1500 V Gleichstrom?

Da der Leistungsbedarf weiter auf über 1 MW pro Rack steigt, können höhere Verteilungsspannungen den Stromfluss reduzieren, Leiterverluste minimieren und die Gesamteffizienz der Stromversorgung verbessern. Viele Experten sehen 1500 V DC als potenziellen nächsten Schritt nach den heutigen 800-V-DC-Architekturen. Nicht zufällig wird 1500 V DC auch als Eingangsspannung für Photovoltaik-Wechselrichter im Kraftwerksmaßstab verwendet.

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