Pagpapataas ng Kahusayan ng mga Data Center sa Pamamagitan ng Mas Mahuhusay na Power Conversion Chips

Sa pag-usbong ng malalakas na computing at AI data center, ang konsumo ng enerhiya ng mga gawain sa computing ay tumataas nang lubos, mas mabilis kaysa sa paglago ng suplay ng enerhiya o kapasidad ng transmisyon. Maaaring maglagay ito ng matigas na limitasyon sa kung gaano karaming karagdagang kapasidad sa computing ang maaaring ilagay, dahil ang pagtatayo ng mga bagong pinagmumulan ng enerhiya ay mas mabagal at mas mahirap lutasin nang mabilis kaysa sa mga naunang bottleneck sa suplay ng AI chips at GPU.

Ito ang dahilan kung bakit mahalaga ang anumang pagpapabuti sa kahusayan ng mga data center. Isang mahalagang bahagi nito ay ang paglipat sa espesyal na, mas matipid na hardware para sa computing, tulad ng mga TPU, ASIC, at iba pa.

(Maaari mong basahin pa ang tungkol sa paksa na ito sa “Pag-iinvest sa AI Hardware: Mula sa CPUs hanggang sa XPUs”).

Isa pang posibilidad ay ang pagpapabuti ng kahusayan ng mismong suplay ng enerhiya. Karamihan sa mga data center ay nagpapatakbo gamit ang high-voltage na suplay ng kuryente, na nagbabawas ng pagkawala sa transmisyon at tumutulong sa paghawak ng napakalaking dami ng enerhiya na kailangan ng buong data center.

Ngunit ang mga computer chip mismo ay mas maliit at marupok, na nagpapatakbo sa mas mababang boltahe. Kaya kailangang i-convert ang suplay ng kuryente sa mas mababang boltahe, na hindi isang napakaepektibong operasyon.

Sa ngayon, tatlong mananaliksik sa University of California ay maaaring nakatuklas ng bagong paraan upang bawasan ang boltahe na magiging perpekto para sa matarik na pagbaba ng boltahe sa pagitan ng suplay ng kuryente ng data center at mga GPU/AI chip. Inilathala nila ang kanilang mga natuklasan sa prestihiyosong siyentipikong journal na Nature Communications¹, sa pamagat na “Isang hybrid piezoelectric resonator-based DC-DC converter”.

Pagbabago ng Power Conversion sa Data Center

Paano Ipinagkakaloob ang Kuryente sa mga GPU

Ang karamihan sa mga modernong data center ay nagpapatakbo gamit ang suplay ng kuryente na nakakalat sa mga rack sa 48V. Ito ay mas mataas kaysa sa dating standard na 12V. Ang pagbabagong ito ay dulot ng tumataas na pangangailangan para sa kuryente mula sa mga modernong chip at kakulangan ng espasyo sa mga rack na naglalaman ng mga ito.

Ang 48V ay mas simple at mas epektibo at nangangailangan ng mas kaunting mga komponent ng power conversion para i-convert ang 120V AC grid supply tungo sa DC na kuryente na magagamit ng mga silicon chip.

Source: AndCables

Gayunpaman, ito ay nagdudulot ng bagong hamon. Ang mga karaniwang step-down converter ay madalas nahihirapan kapag humaharap sa malalaking pagkakaiba sa pagitan ng input at output na boltahe.

“Habang lumalaki ang agwat na iyon, bumababa ang kahusayan at nagiging mas mahirap magbigay ng sapat na kuryente.”

Patrick Mercier – Professor at the UC San Diego Jacobs School of Engineering.
At ang mga chip mismo, ang bahagi na talagang gumagawa ng computing, ay nagpapatakbo sa mababang boltahe, mula 1 hanggang 5 volts. Kaya, ang paglipat sa 48V na suplay sa mga rack ng data center ay nagdudulot ng pagbaba ng kahusayan ng conversion.

Mula sa mga Magnet patungo sa mga Piezoelectric Converter

Isang hadlang sa paglutas ng problemang ito ay ang kasalukuyang paraan na ginagamit upang bawasan ang boltahe, ang magnetic induction, na isang medyo mature at maayos na nauunawaan na teknolohiya. Habang ang mga komponent na ito ay dinisenyo at pinino sa paglipas ng mga taon, nagiging mas mahirap na silang pagbutihin pa.

“Napakahusay na natin sa pagdidisenyo ng inductive converters na halos wala nang puwang na ma-improve pa ito upang matugunan ang pangangailangan sa hinaharap.”

Patrick Mercier – Professor at the UC San Diego Jacobs School of Engineering.
Kaya’t kumuha ang mga mananaliksik ng ibang lapit, gamit ang mga piezoelectric resonator. Ang maliliit na aparatong ito ay nag-iimbak at naglilipat ng enerhiya sa pamamagitan ng mekanikal na pag-ugong sa halip na mga magnetic field.

Sa pangkalahatan, ang mga piezoelectric na komponent ay malamang na mas maliit, mas mataas ang energy density, mas epektibo, at mas madaling gawin sa malakihang produksyon kaysa sa mga magnetic inductor.

Gayunpaman, hanggang ngayon, ang mga piezoelectric converter ay nahihirapan sa paghawak ng malalaking pagkakaiba sa boltahe at pagpapanatili ng kahusayan.

Pagpapabuti ng mga Piezoelectric Converter

Upang lutasin ang isyu ng mga klasikong piezoelectric converter, lumikha ang mga mananaliksik ng hybrid na disenyo, pinagsasama ang isang piezoelectric resonator sa ilang maliliit, komersyal na magagamit na capacitor.

Ang mga capacitor ay inayos sa isang maingat na dinisenyong konfigurasyon na nagpapahintulot sa sistema na mas epektibong hawakan ang mas malalaking conversion ng boltahe. Lumilikha ito ng maraming landas para sa enerhiya na dumaloy sa sistema, binabawasan ang nasasayang na kuryente, at pinapababa ang strain sa resonator.

Ang prototype na ito ay matagumpay na nag-convert ng 48 volts pababa sa 4.8 volts na may pinakamataas na kahusayan na 96.2%. Ipinapakita nito ang 4 na beses na mas mataas na output current kumpara sa mga naunang disenyo na batay sa piezoelectric.

Pinagmulan: ScienceDaily

Syempre, ito ay isang prototype lamang, at ang panghuling komersyal na disenyo ay kakailangan pa ng ilang pagpapabuti. Kabilang dito ang pagpapahusay ng mga materyales, pagbuti ng mga disenyo ng circuit, at pag-develop ng mas magagandang pamamaraan ng packaging.

Isa pang isyu na kailangang lutasin ay ang pag-ugong ng piezoelectric system, kaya hindi ito maaaring direktang i-solder sa circuit board, baka ma-ugong nito ang buong electronic chip.

“Ang mga piezoelectric-based converter ay hindi pa handa upang palitan ang umiiral na mga teknolohiya ng power converter. Ngunit nag-aalok ito ng landas para sa pagpapabuti. Kailangan nating ipagpatuloy ang pagpapabuti sa maraming larangan — mga materyales, circuit, at packaging — upang gawing handa ang teknolohiyang ito para sa mga aplikasyon sa data center.”

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

Ito ay magiging isa lamang sa maraming bagong aplikasyon na lumilitaw para sa teknolohiyang piezoelectric, na, halimbawa, kasama rin ang:

• Nanomechanical resonators para sukatin ang atomic spins.
• Piezoelectric polymers para mangolekta ng libreng enerhiya, isang pamamaraan na maaaring magamit din ng piezoelectric composites.
• Pagpaliit ng circuit board gamit ang iba pang disenyo ng piezoelectric power converters

Pag-iinvest sa Teknolohiyang Piezoelectric

CTS Corporation

Ang merkado para sa mga piezoelectric device ay malaki na, na may $35.59B na kita noong 2024, inaasahang lalaki ng 7% CAGR hanggang $55.49B pagsapit ng 2030. Isa sa mga nangunguna sa sektor na ito ay ang CTS Corporation, isang tagagawa ng mga custom-engineered na solusyon para sa maraming industriya, kabilang ang industriyal (heat pump, robotic positioning, metering), transportasyon, medikal, at aerospace & defense.

Sa kasalukuyan, ang sektor ng automotive ang pinakamalaking segment ng kumpanya, na bumubuo ng halos kalahati ng kanilang kita. Gayunpaman, ito ay unti-unting bumababa, habang ang segment ng medikal at aerospace ay mabilis na lumago sa mga nakaraang taon at inaasahang magpapatuloy. 60% ng benta ay nanggagaling sa North America, 22% sa Asia, at 18% sa Europe.

Pinagmulan: CTS

Itinatag ang kumpanya noong 1896, unang kilala bilang Chicago Telephone Supply Company, na kalaunan ay pinaikling CTS.

Ang CTS ay gumagawa ng mga sensor at electronics para sa mga niche na aplikasyon, gamit ang magnetic at piezoelectric na pisika, at inilalapat ang mga ito sa mga sensor, chip, imaging, radar, actuator, kontrol, atbp.

Pinagmulan: CTS

Ang linya ng produkto ng kumpanya ay mahusay na nakaposisyon upang makinabang mula sa automation at electrification, pati na rin sa inobasyon sa pangangalagang pangkalusugan para sa mga sensor at mas hindi mapang-ibabaw na medikal na pamamaraan at diagnostic.

Ang reindustrialization ay magdudulot din ng benepisyo sa kumpanya, dahil ang mga komponent nito ay matatagpuan sa mga industrial robot, printer, at mga sistema ng pagsukat sa pamamagitan ng mga bagong o na-update na pabrika.

Sa huli, maaaring makinabang ang CTS mula sa lumalaking badyet militar, dahil ang mga komponent nito ay matatagpuan sa mga underwater sonar, unmanned underwater vehicle, ammunition, at satellite.

Ginagawa nitong hindi lamang isang kumpanya na malamang na makinabang mula sa lumalawak na paggamit ng teknolohiyang piezoelectric, kundi pati na rin sa iba’t ibang iba pang pangunahing teknolohiya sa mga sensor at elektronikong komponent na mahalaga sa lahat ng pangunahing trend ng ekonomiya tulad ng reindustrialization, electrification, at lumalaking gastusin sa depensa.

Pinakabagong CTS Corporation (CTS) Balita sa Stock at mga Pag-unlad

Pag-aaral na Binanggit

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