Duomenų centrams vis didėjant energijos poreikiams, San Diego Kalifornijos universiteto inžinieriai pristatė naują lustų dizainą, kuris gali padidinti grafinių procesorių (GPU) energijos efektyvumą. Ši inovacija orientuojasi į elektros energijos konvertavimą iš aukštos į žemesnę įtampą, reikalingą kompiuterinei įrangai.
Efektyvumo didinimas naudojant naują lustą
Naujojo lusto prototipas sėkmingai atliko įtampos konvertavimą laboratorinėse sąlygose, panašiose į tas, kurios būdingos moderniems duomenų centrams. Tyrimo rezultatai, paskelbti žurnale „Nature Communications“, rodo galimybę sukurti mažesnes ir energiją taupančias sistemas pažangiose kompiuterinėse aplinkose.
Naujas požiūris į DC-DC keitiklius
Naujas dizainas remiasi patobulinta DC-DC žingsniškojo keitiklio versija, kuri yra plačiai naudojama elektroniniuose prietaisuose. Šie keitikliai yra esminė jungtis tarp energijos šaltinių ir jautrių grandinių, užtikrinant, kad didelė įtampa būtų sumažinta iki saugaus lygio.
Duomenų centruose dažniausiai energija paskirstoma 48 voltų, tuo tarpu GPU procesoriams paprastai reikia kur kas mažesnės įtampos – nuo 1 iki 5 voltų. Efektyvus šio didelio įtampos sumažinimo valdymas tampa vis sudėtingesnis, kai kompiuteriniai sistemos tampa galingesnės ir kompaktiškesnės.
Tradicinių technologijų apribojimai
Tradiciniai žingsniški keitikliai dažnai susiduria su sunkumais, kai tenka spręsti didelius įtampos skirtumus. Didėjant šiam skirtumui, efektyvumas mažėja, o pakankamai srovės tiekimas tampa sudėtingesnis. Dauguma esamų dizainų remiasi magnetiniais komponentais, tokiais kaip induktoriai, tačiau jie artėja prie savo praktinių ribų.
Piezolektrinių rezonatorių tyrimas
Norint įveikti šiuos apribojimus, tyrėjai, vadovaujami Patrick Mercier, tyrinėjo alternatyvų metodą – piezoelektrinius rezonatorius. Šie maži įrenginiai kaupia ir perduoda energiją mechaninių vibracijų pagalba, o ne magnetiniais laukais. Mercier teigia, kad piezoelektrinių komponentų pagrindu sukurti keitikliai gali būti mažesni, efektyvesni ir lengviau gaminami masiškai.
Hibridinis dizainas pasiekia aukštą efektyvumą
Tyrėjai sukūrė hibridinį keitiklį, sujungiantį piezoelektrinį rezonatorių su mažais, komerciškai prieinamais kondensatoriais. Šis dizainas leidžia efektyviau valdyti didesnius įtampos konvertavimus. Prototipas sėkmingai konvertavo 48 voltus į 4.8 voltu, pasiekdamas 96.2% efektyvumą ir tiekdamas keturis kartus daugiau srovės nei ankstesni piezoelektriniai dizainai.
Ateities iššūkiai ir žingsniai
Nors technologija rodo didelį potencialą, ji vis dar yra ankstyvoje plėtros stadijoje. Tyrėjai planuoja toliau tobulinti medžiagas, circuit dizainus ir pakavimo metodus. Vienas iš iššūkių yra tai, kad piezoelektriniai rezonatoriai fiziškai vibracija, todėl jų negalima montuoti naudojant standartinius litavimo metodus.
„Piezoelektriniai keitikliai dar nėra pasiruošę pakeisti esamų energijos konvertavimo technologijų, bet jie siūlo pažangą. Turime toliau dirbti tobulinant medžiagas, grandines ir pakavimą, kad ši technologija taptų tinkama duomenų centrams“, – sakė Mercier.
