Databehandling

Øke datasentrenes effektivitet med bedre kraftkonverteringsbrikker

mm
Publisert
Oppdatert

Med boomen i kraftig databehandling og AI‑datasentre øker energiforbruket til databehandlingsoppgaver kraftig, og vokser mye raskere enn veksten i energiforsyning eller overføringskapasitet. Dette kan sette en hard øvre grense for hvor mye mer datakapasitet som kan installeres, ettersom byggingen av nye energikilder er mye langsommere og vanskeligere å løse raskt enn tidligere flaskehalser i leveransen av AI‑brikker og GPUer.

Dette er grunnen til at enhver forbedring av effektiviteten i datasentre er viktig. En viktig del vil være å gå over til spesialisert, mer energieffektiv databehandlingsmaskinvare, som TPUer, ASICer, osv.

(Du kan lese mer om dette temaet i “Investering i AI‑maskinvare: Fra CPUer til XPUer”).

En annen mulighet er å forbedre effektiviteten i selve energiforsyningen. De fleste datasentre opererer med en høyspenningskraftforsyning, som minimerer overføringstap og hjelper med å håndtere den enorme mengden energi som hele datasenteret trenger.

Men selve databrikkene er mye mindre og skjøre, og opererer på lavere spenninger. Derfor må kraftforsyningen konverteres til en lavere spenning, noe som ikke er en særlig effektiv prosess.

I det minste frem til nå, som tre forskere ved University of California kan ha oppdaget en ny måte å redusere spenning på som ville være perfekt for det bratte spenningsfallet mellom datasenterets kraftforsyning og GPUer/AI‑brikker. De publiserte funnene sine i det prestisjetunge vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications1, under tittelen “A hybrid piezoelectric resonator-based DC-DC converter”.

Reinventering av kraftkonvertering i datasentre

Hvordan strøm leveres til GPUer

De fleste moderne datasentre opererer med en kraftforsyning distribuert gjennom rackene på 48V. Dette er mye høyere enn den tidligere brukte standarden på 12V. Denne endringen ble drevet av den økende etterspørselen etter kraft fra moderne brikker og mangel på plass i rackene som huser dem.

48V er simpelthen mer effektivt og krever færre kraftkonverteringskomponenter for å konvertere 120V AC‑nettforsyningen til DC‑strøm som kan brukes av silisiumbrikkene.

Kilde: AndCables

“Ettersom dette gapet øker, faller effektiviteten og det blir vanskeligere å levere nok strøm.”

Patrick Mercier – Professor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Og brikkene selv, delen som faktisk utfører beregningene, opererer på lave spenninger, fra 1 til 5 volt. Så overgangen til en 48V‑forsyning til datasenterets rack fører til at konverteringseffektiviteten reduseres.

Fra magneter til piezoelektriske konvertere

Et hinder i å løse dette problemet er at den nåværende metoden som brukes for å redusere spenning, magnetisk induksjon, er en ganske moden og velforstått teknologi. Etter hvert som disse komponentene har blitt designet og raffinert gjennom årene, blir det stadig vanskeligere å forbedre dem ytterligere.

“Vi har blitt så flinke til å designe induktive konvertere at det egentlig ikke er mye rom igjen til å forbedre dem for å møte fremtidige behov.”

Patrick Mercier – Professor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Dette er grunnen til at forskerne tok en annen tilnærming, ved å bruke piezoelektriske resonatorer. Disse små enhetene lagrer og overfører energi gjennom mekaniske vibrasjoner i stedet for magnetiske felt.

Generelt sett vil piezoelektriske komponenter sannsynligvis være mindre, mer energitette, mer effektive og enklere å produsere i stor skala enn magnetiske induktorer.

Imidlertid har piezoelektriske konvertere hittil slitt med å håndtere store spenningsforskjeller og opprettholde effektiviteten.

Forbedring av piezoelektriske konvertere

For å løse problemet med klassiske piezoelektriske konvertere, utviklet forskerne et hybriddesign som kombinerer en piezoelektrisk resonator med flere små, kommersielt tilgjengelige kondensatorer.

Kondensatorene er arrangert i en nøye utformet konfigurasjon som gjør at systemet kan håndtere større spenningskonverteringer mer effektivt. Dette skaper flere veier for energi å bevege seg gjennom systemet, reduserer bortkastet kraft og minsker belastningen på resonatoren.

Dette prototype klarte å konvertere 48 volt ned til 4,8 volt med en maksimal effektivitet på 96,2 %. Dette representerer 4 ganger mer utgangsstrøm enn tidligere piezoelektriske design.

Dette er selvfølgelig bare et prototype, og et endelig kommersielt design vil fortsatt trenge noen forbedringer. Spesielt vil det kreve forbedring av materialer, optimalisering av kretsdesign og utvikling av bedre pakkemetoder.

Et annet problem som må løses er at piezoelektrisk system vibrerer, så de kan ikke direkte loddes på kretskortet, ellers vil de riste hele den elektroniske brikken.

“Piezoelektriske konvertere er ennå ikke helt klare til å erstatte eksisterende kraftkonverteringsteknologier. Men de gir en utviklingsbane. Vi må fortsette å forbedre flere områder – materialer, kretser og pakking – for å gjøre denne teknologien klar for datasenterapplikasjoner.”

Patrick Mercier – Professor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Dette vil bare være én av mange nye anvendelser som dukker opp for piezoelektrisk teknologi, som for eksempel også inkluderer:

Investering i piezoelektrisk teknologi

CTS Corporation

(CTS )

Markedet for piezoelektriske enheter er allerede stort, med $35,59 milliarder i inntekter i 2024, forventet å vokse 7 % CAGR til $55,49 milliarder innen 2030. En av lederne i denne sektoren er CTS Corporation, en produsent av skreddersydde løsninger for mange industrier, inkludert industri (varmepumpe, robotisk posisjonering, måling), transport, medisinsk, og luftfart & forsvar.

Uten tvil er bilsektoren den største delen av selskapet, og står for nesten halvparten av inntektene. Dette er imidlertid en avtagende avhengighet, ettersom den medisinske og luftfartssegmentet har vokst raskt de siste årene og forventes å fortsette. 60 % av salget skjer i Nord‑America, 22 % i Asia, og 18 % i Europa.

Kilde: CTS

Selskapet ble grunnlagt i 1896, opprinnelig som Chicago Telephone Supply Company, senere forkortet til CTS.

CTS produserer sensorer og elektronikk for nisjeapplikasjoner, ved å bruke magnetisk og piezoelektrisk fysikk, og anvender dem i sensorer, brikker, bildeteknologi, radarer, aktuatorer, kontrollsystemer osv.

Kilde: CTS

Bedriftens produktportefølje er godt posisjonert til å dra nytte av automatisering og elektrifisering, samt helseinovasjon for sensorer og mindre invasive medisinske prosedyrer og diagnostikk.

Reindustrialisering vil også gagne selskapet, ettersom komponentene deres vil bli funnet i industrielle roboter, skrivere og målesystemer gjennom nye eller oppdaterte fabrikker.

Til slutt kan CTS dra nytte av økende militærbudsjetter, ettersom komponentene deres finnes i undervannssonarer, ubemannede undervannsfartøy, ammunisjon og satellitter.

Dette gjør CTS ikke bare til et selskap som sannsynligvis vil dra nytte av den økende bruken av piezoelektrisk teknologi, men også av ulike andre nøkkelteknologier innen sensorer og elektroniske komponenter som er essensielle i alle de store økonomiske trendene som reindustrialisering, elektrifisering og økende forsvarsutgifter.

Siste nyheter og utviklinger for CTS Corporation (CTS) aksjer

Studie referert

1. Ko, JY., Liu, WC.B., & Mercier, P.P. En hybrid piezoelektrisk resonatorbasert DC-DC konverter. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70494-0 

mm

Jonathan er en tidligere biochemistforsker som arbeidet med genetisk analyse og kliniske forsøk. Han er nå en aksjeanalytiker og finansforfatter med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon The Eurasian Century.