Veri Merkezlerinin Verimliliğini Daha İyi Güç Dönüşüm Çipleriyle Artırmak

Gürültülü bilişim ve AI veri merkezlerindeki patlamayla birlikte, bilişim görevlerinin enerji tüketimi çatıya ulaşarak, enerji arzı veya iletim kapasitesinin büyümesinden çok daha hızlı artıyor. Bu durum, yeni enerji kaynaklarının inşasının önceki AI çipleri ve GPU’larındaki tedarik darboğazlarından çok daha yavaş ve hızlı çözülmesi zor olduğu için, daha fazla bilişim kapasitesinin kurulabileceği üst bir sınır koyabilir.

Bu yüzden veri merkezlerindeki verimlilikteki herhangi bir iyileşme önemlidir. Ana unsur, TPU’lar, ASIC’ler gibi özel ve daha enerji verimli bilişim donanımlarına geçiş olacaktır.

(Bu konu hakkında daha fazla bilgiye “AI Donanımına Yatırım: CPU’lardan XPU’lara”).

Başka bir olasılık, enerji arzının kendisinin verimliliğini artırmaktır. Çoğu veri merkezi, iletim kayıplarını en aza indiren ve tüm veri merkezinin ihtiyaç duyduğu muazzam enerji miktarını yönetmeye yardımcı olan yüksek gerilimli bir güç kaynağıyla çalışır.

Ancak bilgisayar çipleri çok daha küçük ve kırılgandır, düşük voltajlarda çalışır. Bu nedenle güç kaynağının daha düşük bir voltaja dönüştürülmesi gerekir ve bu işlem çok verimli değildir.

Şu ana kadar, Kaliforniya Üniversitesi’nden üç araştırmacı, veri merkezi güç kaynağı ile GPU/AI çipleri arasındaki büyük voltaj düşüşü için mükemmel bir yeni voltaj düşürme yöntemi keşfetmiş olabilir. Bulgularını prestijli bilimsel dergi Nature Communications¹’de, “Hibrit piezoelektrik rezonatöre dayalı DC-DC dönüştürücü” başlığıyla yayınladılar.

Veri Merkezi Güç Dönüşümünü Yeniden Tasarlamak

GPU’lara Güç Nasıl Sağlanır

Çoğu modern veri merkezi raflar içinde 48V’luk bir güç kaynağı dağıtarak çalışır. Bu, daha önce kullanılan 12V standardından çok daha yüksektir. Bu değişim, modern çiplerin artan güç talebi ve onları barındıran raflarda yer eksikliği nedeniyle ortaya çıkmıştır.

48V, basitçe daha verimlidir ve 120V AC şebeke kaynağını silikon çipler tarafından kullanılabilir DC elektriğe dönüştürmek için daha az güç dönüşüm bileşeni gerektirir.

Kaynak: AndCables

Ancak bu yeni bir zorluk yaratır. Geleneksel düşürücü dönüştürücüler, giriş ve çıkış voltajı arasındaki büyük farklarla başa çıkmakta sık sık zorlanır.

“Bu boşluk arttıkça, verimlilik düşer ve yeterli akım sağlamak daha zor hale gelir.”

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

Ve çipler kendileri, aslında hesaplamayı yapan kısım, 1 ila 5 volt arasında düşük voltajlarda çalışır. Bu nedenle, veri merkezi raflarına 48V’luk bir güç kaynağına geçiş, dönüşüm verimliliğinin düşmesine neden olur.

Mıknatıslar’dan Piezoelektrik Dönüştürücülere

Bu sorunu çözmedeki bir engel, voltajı düşürmek için kullanılan mevcut yöntem olan manyetik indüksiyonun oldukça olgun ve iyi anlaşılmış bir teknoloji olmasıdır. Bu bileşenler yıllar içinde tasarlanıp iyileştirildiği için, daha da geliştirilmesi zorlaşmaktadır.

“İndüktif dönüştürücüleri tasarlamada o kadar iyi olduk ki, gelecekteki ihtiyaçları karşılamak için onları geliştirecek pek fazla alan kalmadı.”

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

Bu yüzden araştırmacılar, piezoelektrik rezonatörler kullanarak farklı bir yaklaşım benimsediler. Bu küçük cihazlar enerjiyi manyetik alanlar yerine mekanik titreşimler aracılığıyla depolar ve aktarır.

Genel olarak, piezoelektrik bileşenler manyetik indüktörlerden daha küçük, daha enerji yoğun, daha verimli ve ölçekli üretimi daha kolay olacaktır.

Ancak, şimdiye kadar piezoelektrik dönüştürücüler büyük voltaj farklarıyla başa çıkmak ve verimliliği korumakta zorlanmıştır.

Piezoelektrik Dönüştürücüleri İyileştirmek

Klasik piezoelektrik dönüştürücülerin sorununu çözmek için araştırmacılar, bir piezoelektrik rezonatörü birkaç küçük, ticari olarak temin edilebilen kondansatörle birleştirerek hibrit bir tasarım oluşturdu.

Kondansatörler, sistemin daha büyük voltaj dönüşümlerini daha etkili bir şekilde yönetmesini sağlayan özenle tasarlanmış bir konfigürasyonda düzenlenmiştir. Bu, enerji için sistem içinde birden fazla yol oluşturur, israf edilen gücü azaltır ve rezonatör üzerindeki gerilimi hafifletir.

Bu prototip, 48 voltu 4,8 volta başarıyla dönüştürerek %96,2’lik bir tepe verimlilik elde etti. Bu, önceki piezoelektrik tabanlı tasarımlara göre 4 kat daha fazla çıkış akımı anlamına geliyor.

Kaynak: ScienceDaily

Bu elbette sadece bir prototiptir ve nihai ticari tasarımın hâlâ bazı iyileştirmelere ihtiyacı olacaktır. Özellikle, malzemelerin iyileştirilmesi, devre tasarımlarının geliştirilmesi ve daha iyi paketleme yöntemlerinin geliştirilmesi gerekecek.

Çözülmesi gereken bir diğer sorun, piezoelektrik sistemin titreşmesidir; bu nedenle doğrudan devre kartına lehimlenemez, aksi takdirde tüm elektronik çipi sarsabilir.

“Piezoelektrik tabanlı dönüştürücüler henüz mevcut güç dönüştürücü teknolojilerini değiştirecek kadar hazır değil. Ancak bir gelişim yolu sunuyorlar. Bu teknolojiyi veri merkezi uygulamaları için hazır hâle getirmek amacıyla malzeme, devre ve paketleme gibi birden çok alanda iyileştirmeye devam etmemiz gerekiyor.”

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

Bu, piezoelektrik teknolojisi için ortaya çıkan birçok yeni uygulamadan sadece biri olacak; örneğin, şunları da içerir:

• Atomik spinleri ölçmek için nanomekanik rezonatörler.
• Serbest enerji toplamak için piezoelektrik polimerler, bu yöntemi piezoelektrik kompozitler de kullanabilir.
• Piezoelektrik güç dönüştürücülerin diğer tasarımlarıyla devre kartını küçültmek

Piezoelektrik Teknolojiye Yatırım

CTS Corporation

Piezoelektrik cihazlar pazarı zaten büyük bir pazar, 2024’te 35,59 Milyar $ gelirle, 2030’a kadar %7 CAGR ile 55,49 Milyar $’a büyümesi bekleniyor. Bu sektördeki liderlerden biri, endüstriyel (ısı pompası, robotik konumlandırma, ölçüm), ulaşım, tıp ve havacılık & savunma gibi birçok alana özel mühendislik çözümleri üreten CTS Corporation’dır.

Şirketin en büyük segmenti kesinlikle otomotiv sektörüdür ve gelirlerinin neredeyse yarısını oluşturur. Ancak bu bağımlılık azalmaktadır; tıp ve havacılık segmentleri son yıllarda hızlı bir şekilde büyümüş ve büyümeye devam etmesi beklenmektedir. Satışların %60’ı Kuzey Amerika’da, %22’si Asya’da ve %18’i Avrupa’da gerçekleşmektedir.

Kaynak: CTS

Şirket, 1896’da, başlangıçta Chicago Telephone Supply Company olarak kurulmuş ve daha sonra CTS kısaltmasıyla anılmıştır.

CTS, manyetik ve piezoelektrik fiziği kullanarak niş uygulamalar için sensörler ve elektronik ürünler üretmekte ve bunları sensörler, çipler, görüntüleme, radarlar, aktüatörler, kontrol sistemleri vb. alanlarda uygulamaktadır.

Kaynak: CTS

Şirketin ürün yelpazesi, otomasyon ve elektrifikasyondan, ayrıca sensörler ve daha az invaziv tıbbi prosedürler ve tanı için sağlık inovasyonundan fayda sağlamak üzere iyi konumlandırılmıştır.

Yeniden sanayileşme de şirketi faydalı etkileyecek, çünkü bileşenleri yeni veya güncellenmiş fabrikalar aracılığıyla endüstriyel robotlar, yazıcılar ve ölçüm sistemlerinde bulunacak.

Son olarak, CTS, bileşenlerinin su altı sonarları, insansız su altı araçları, mühimmat ve uydularda bulunması nedeniyle artan askeri bütçelerden fayda sağlayabilir.

Bu durum, CTS’yi sadece piezoelektrik teknolojisinin genişleyen kullanımından fayda sağlayacak bir şirket olmakla kalmayıp, aynı zamanda yeniden sanayileşme, elektrifikasyon ve artan savunma harcamaları gibi büyük ekonomik eğilimlerde kritik olan sensörler ve elektronik bileşenlerdeki çeşitli diğer anahtar teknolojilerden de fayda sağlayacak bir şirket yapmaktadır.

En Son CTS Corporation (CTS) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Referans Alınan Çalışma

^{1. Ko, JY., Liu, WC.B., & Mercier, P.P. Hibrit piezoelektrik rezonatöre dayalı DC-DC dönüştürücü. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70494-0}