बेहतर पावर कन्वर्ज़न चिप्स के साथ डेटा सेंटर की दक्षता बढ़ाना

शोरगुल वाले कंप्यूटिंग और एआई डेटा सेंटरों के बूम के साथ, कंप्यूटिंग कार्यों की ऊर्जा खपत आसमान छू रही है, जो ऊर्जा आपूर्ति या ट्रांसमिशन क्षमता की वृद्धि से कहीं तेज़ी से बढ़ रही है। यह अधिक कंप्यूटिंग क्षमता को स्थापित करने की सीमा को कड़ा कर सकता है, क्योंकि नई ऊर्जा स्रोतों का निर्माण पहले एआई चिप्स और जीपीयू की आपूर्ति में बाधाओं की तुलना में बहुत धीमा और कठिन है।

इसी कारण डेटा सेंटरों में दक्षता में कोई भी सुधार महत्वपूर्ण है। एक मुख्य भाग होगा विशेषीकृत, अधिक ऊर्जा‑कुशल कंप्यूटिंग हार्डवेयर, जैसे टीपीयू, एएसआईसी आदि, की ओर स्विच करना।

(आप इस विषय पर अधिक पढ़ सकते हैं “Investing in AI Hardware: From CPUs to XPUs”).

एक और संभावना है ऊर्जा आपूर्ति की स्वयं की दक्षता को सुधारना। अधिकांश डेटा सेंटर उच्च‑वोल्टेज पावर सप्लाई के साथ काम करते हैं, जो ट्रांसमिशन हानियों को न्यूनतम करता है और पूरे डेटा सेंटर को आवश्यक विशाल ऊर्जा को संभालने में मदद करता है।

लेकिन कंप्यूटर चिप्स स्वयं बहुत छोटे और नाज़ुक होते हैं, और कम वोल्टेज पर काम करते हैं। इसलिए पावर सप्लाई को कम वोल्टेज में बदलना पड़ता है, जो बहुत कुशल प्रक्रिया नहीं है।

कम से कम अब तक, कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय के तीन शोधकर्ताओं ने एक नया तरीका खोजा है जो डेटा सेंटर पावर सप्लाई और जीपीयू/एआई चिप्स के बीच तीव्र वोल्टेज ड्रॉप को पूरी तरह से संभाल सकता है। उन्होंने अपने निष्कर्ष प्रतिष्ठित वैज्ञानिक जर्नल Nature Communications¹ में प्रकाशित किए, शीर्षक “A hybrid piezoelectric resonator-based DC-DC converter” के तहत।

डेटा सेंटर पावर कन्वर्ज़न का पुनः आविष्कार

जीपीयू को पावर कैसे आपूर्ति की जाती है

अधिकांश आधुनिक डेटा सेंटर रैक में 48V पर वितरित पावर सप्लाई के साथ काम करते हैं। यह पहले उपयोग किए जाने वाले 12V मानक से बहुत अधिक है। यह परिवर्तन आधुनिक चिप्स की बढ़ती पावर मांग और रैक में उपलब्ध स्थान की कमी से प्रेरित था।

48V बस अधिक कुशल है और 120V एसी ग्रिड सप्लाई को सिलिकॉन चिप्स द्वारा उपयोग योग्य डीसी बिजली में बदलने के लिए कम पावर कन्वर्ज़न घटकों की आवश्यकता होती है।

Source: AndCables

हालाँकि, यह एक नई चुनौती पैदा करता है। पारंपरिक स्टेप‑डाउन कन्वर्टर्स अक्सर इनपुट और आउटपुट वोल्टेज के बीच बड़े अंतर को संभालने में संघर्ष करते हैं।

“जैसे ही वह अंतर बढ़ता है, दक्षता घटती है और पर्याप्त करंट आपूर्ति करना कठिन हो जाता है।”
Patrick Mercier – प्रोफेसर, यूसी सैन डिएगो जैकब्स स्कूल ऑफ़ इंजीनियरिंग।

और चिप्स स्वयं, जो वास्तविक कंप्यूटिंग करते हैं, 1 से 5 वोल्ट के कम वोल्टेज पर काम करते हैं। इसलिए डेटा सेंटर रैक में 48V सप्लाई में स्विच करने से कन्वर्ज़न की दक्षता घट जाती है।

मैग्नेट से पायज़ोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स तक

इस समस्या को हल करने में एक बाधा यह है कि वोल्टेज घटाने के लिए वर्तमान में उपयोग की जाने वाली विधि, मैग्नेटिक इंडक्शन, एक बहुत परिपक्व और अच्छी तरह समझी गई तकनीक है। वर्षों के दौरान इन घटकों को डिजाइन और परिष्कृत किया गया है, जिससे उन्हें आगे सुधारना कठिन हो रहा है।

“हम इंडक्टिव कन्वर्टर्स को इतना अच्छा बना चुके हैं कि भविष्य की जरूरतों को पूरा करने के लिए उनमें सुधार की जगह बहुत कम बची है।”
Patrick Mercier – प्रोफेसर, यूसी सैन डिएगो जैकब्स स्कूल ऑफ़ इंजीनियरिंग।

इसी कारण शोधकर्ताओं ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया, पायज़ोइलेक्ट्रिक रेजोनेटर्स का उपयोग किया। ये छोटे उपकरण मैग्नेटिक फ़ील्ड के बजाय यांत्रिक कंपन के माध्यम से ऊर्जा संग्रहीत और स्थानांतरित करते हैं।

समग्र रूप से, पायज़ोइलेक्ट्रिक घटक संभवतः छोटे, अधिक ऊर्जा‑घनी, अधिक कुशल और बड़े पैमाने पर निर्माण में मैग्नेटिक इंडक्टर्स की तुलना में आसान होंगे।

हालाँकि, अब तक पायज़ोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स बड़े वोल्टेज अंतर को संभालने और दक्षता बनाए रखने में संघर्ष करते रहे हैं।

पायज़ोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स में सुधार

क्लासिक पायज़ोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स की समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक हाइब्रिड डिज़ाइन बनाया, जिसमें पायज़ोइलेक्ट्रिक रेजोनेटर को कई छोटे, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कैपेसिटर के साथ मिलाया गया।

कैपेसिटर को एक सावधानीपूर्वक डिज़ाइन की गई कॉन्फ़िगरेशन में व्यवस्थित किया गया है, जिससे सिस्टम बड़े वोल्टेज परिवर्तन को अधिक प्रभावी ढंग से संभाल सके। यह ऊर्जा के लिए कई मार्ग बनाता है, बर्बाद शक्ति को कम करता है, और रेजोनेटर पर तनाव को घटाता है।

इस प्रोटोटाइप ने 48 वोल्ट को 4.8 वोल्ट तक सफलतापूर्वक बदल दिया, जिसमें अधिकतम दक्षता 96.2% रही। यह पिछले पायज़ोइलेक्ट्रिक‑आधारित डिज़ाइनों की तुलना में 4 गुना अधिक आउटपुट करंट प्रदान करता है।

स्रोत: ScienceDaily

यह, बेशक, केवल एक प्रोटोटाइप है, और अंतिम व्यावसायिक डिज़ाइन को अभी भी कुछ सुधारों की आवश्यकता होगी। विशेष रूप से, इसे सामग्री को परिष्कृत करने, सर्किट डिज़ाइनों को सुधारने और बेहतर पैकेजिंग विधियों को विकसित करने की जरूरत होगी।

एक और समस्या यह है कि पायज़ोइलेक्ट्रिक सिस्टम कंपन करता है, इसलिए इसे सीधे सर्किट बोर्ड पर सोल्डर नहीं किया जा सकता, नहीं तो यह पूरे इलेक्ट्रॉनिक चिप को हिला देगा।

“पायज़ोइलेक्ट्रिक‑आधारित कन्वर्टर्स अभी तक मौजूदा पावर कन्वर्टर तकनीकों को बदलने के लिए तैयार नहीं हैं। लेकिन वे सुधार की दिशा दिखाते हैं। हमें सामग्री, सर्किट और पैकेजिंग जैसे कई क्षेत्रों में निरंतर सुधार करना होगा ताकि यह तकनीक डेटा सेंटर अनुप्रयोगों के लिए तैयार हो सके।”
Patrick Mercier – प्रोफेसर, यूसी सैन डिएगो जैकब्स स्कूल ऑफ़ इंजीनियरिंग।

यह पायज़ोइलेक्ट्रिक तकनीक के कई नए अनुप्रयोगों में से एक होगा, जिसमें उदाहरण के तौर पर शामिल हैं:

• परमाणु स्पिन मापने के लिए नैनोमैकेनिकल रेजोनेटर्स।
• पायज़ोइलेक्ट्रिक पॉलीमर से मुफ्त ऊर्जा संग्रहण, एक विधि जिसे पायज़ोइलेक्ट्रिक कंपोज़िट्स भी उपयोग कर सकते हैं।
• पायज़ोइलेक्ट्रिक पावर कन्वर्टर्स के अन्य डिज़ाइनों के साथ सर्किट बोर्ड को छोटा करना

पायज़ोइलेक्ट्रिक तकनीक में निवेश

CTS Corporation

पायज़ोइलेक्ट्रिक डिवाइसों का बाजार पहले से ही बड़ा है, 2024 में $35.59 बिलियन राजस्व के साथ, 2030 तक 7% CAGR से बढ़कर $55.49 बिलियन होने की उम्मीद है। इस सेक्टर में प्रमुख कंपनियों में से एक है CTS Corporation, जो कई उद्योगों के लिए कस्टम‑इंजीनियर्ड समाधान बनाती है, जिसमें औद्योगिक (हीट पंप, रोबोटिक पोजिशनिंग, मीटरिंग), परिवहन, चिकित्सा, और एयरोस्पेस & डिफेंस शामिल हैं।

सबसे बड़ा हिस्सा ऑटोमोटिव सेक्टर का है, जो कंपनी के लगभग आधे राजस्व का योगदान देता है। हालांकि, यह निर्भरता घट रही है, क्योंकि चिकित्सा और एयरोस्पेस सेक्टर ने हाल के वर्षों में तेज़ी से वृद्धि की है और आगे भी बढ़ने की संभावना है। बिक्री का 60% उत्तर अमेरिका में, 22% एशिया में, और 18% यूरोप में होता है।

स्रोत: CTS

कंपनी की स्थापना 1896 में हुई थी, प्रारम्भ में Chicago Telephone Supply Company के रूप में, बाद में संक्षिप्त करके CTS कहा गया।

CTS निचले अनुप्रयोगों के लिए सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स बनाती है, जिसमें मैग्नेटिक और पायज़ोइलेक्ट्रिक भौतिकी का उपयोग करके सेंसर, चिप्स, इमेजिंग, रडार, एक्ट्यूएटर, कंट्रोल आदि शामिल हैं।

स्रोत: CTS

कंपनी की उत्पाद श्रृंखला ऑटोमेशन और इलेक्ट्रिफिकेशन, साथ ही सेंसरों और कम आक्रामक चिकित्सा प्रक्रियाओं एवं निदान के लिए स्वास्थ्य‑प्रौद्योगिकी नवाचार से लाभान्वित होने के लिए अच्छी तरह स्थित है।

पुनः‑औद्योगीकरण भी कंपनी को लाभ देगा, क्योंकि उसके घटकों को नई या अद्यतन फैक्ट्रियों के माध्यम से औद्योगिक रोबोट, प्रिंटर और मापन प्रणालियों में पाया जाएगा।

अंत में, बढ़ते सैन्य बजट से CTS को लाभ हो सकता है, क्योंकि उसके घटक जलजली सोनार, अनमैन्ड अंडरवाटर वेहिकल, गोला‑बारूद और उपग्रहों में उपयोग होते हैं।

यह CTS को केवल पायज़ोइलेक्ट्रिक तकनीक के व्यापक उपयोग से लाभान्वित होने वाली कंपनी ही नहीं, बल्कि सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक घटकों में विभिन्न प्रमुख तकनीकों से भी लाभान्वित होने वाली बनाता है, जो पुनः‑औद्योगीकरण, इलेक्ट्रिफिकेशन और बढ़ते रक्षा खर्च जैसे प्रमुख आर्थिक रुझानों के लिए आवश्यक हैं।

नवीनतम CTS Corporation (CTS) स्टॉक समाचार और विकास

उल्लेखित अध्ययन

^{1. Ko, JY., Liu, WC.B., & Mercier, P.P. A hybrid piezoelectric resonator-based DC-DC converter. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70494-0}