Thermisches Modell
Thermisches Modell BMR316
In der Welt des Glücksspiels ist das Schlimmste, Verlusten hinterherzujagen und dabei alles zu riskieren. Bei der Planung von Stromversorgungsnetzen riskiert man seinen Job, wenn man nicht entsprechend handelt. Jedes unnötig verbrauchte Watt verursacht Kosten in Dollar und Umwelt, die sich durch den erhöhten Kühlaufwand noch verstärken.
Strom erzeugt Verluste durch Widerstand. Daher ist, wie bei Ihrer Netzstromversorgung, eine Verteilung mit hoher Spannung und niedrigem Strom die beste Lösung. Beispielsweise reduziert der aktuelle Trend, die Busspannung in Server-Blades von 12 V auf 48 V zu erhöhen, den Strom um ein Viertel und die Leistungsverluste durch Verbindungswiderstand um den Faktor 16 – dank des praktischen ’Quadratgesetzes’ –, vorausgesetzt, die Leiterplattenentwickler machen diese Vorteile nicht durch dünnere Leiterbahnen zunichte.
Die Stromaufnahme der GPU kann in KI-Anwendungen Spitzenwerte von über 1000 A erreichen.
Hohe Ströme direkt an der Endlast sind jedoch unvermeidlich, da moderne GPUs, FPGAs und CPUs teilweise über 1000 A aufnehmen, und das bei einem Bruchteil eines Volts. Obwohl wir also Leiterbahnen mit 48 V und einer Nennstromstärke von etwa 15 A für diese Leistungsstufe verlegen können, benötigen wir dennoch Point-of-Load-Wandler (PoL), um die niedrige Spannung zu erzeugen.
Eine traditionelle Schwierigkeit besteht darin, dass die Wandlung bei nicht isolierten DC/DC-Wandlern wie PoLs mit hohen Eingangs-/Ausgangsspannungsverhältnissen tendenziell weniger effizient ist, wie in der Abbildung unten dargestellt. Daher kann ein zweiter Zwischenkreis mit beispielsweise 5 V oder 12 V verwendet werden, was jedoch zu mehr Wandlern und potenziell höheren Verlusten führt. Eine Untersuchung der Wirkungsgradkurven von DC/DC-Wandlern könnte jedoch zeigen, dass es einen optimalen Bereich gibt, in dem mehrere Stufen mit niedrigeren Wandlungsverhältnissen genauso effizient sein können wie eine einzelne Stufe. Mehr Wandler verursachen zwar höhere Kosten, diese werden jedoch durch Einsparungen bei den Kühlsystemen kompensiert, wenn der Gesamtwirkungsgrad höher ist.
Abbildung 1: Der Wirkungsgrad eines DC/DC-Wandlers kann stark vom Spannungsübersetzungsverhältnis abhängen.
Wir sollten uns jedoch nicht zu sehr auf die Wirkungsgradwerte des % versteifen – entscheidend ist die Verlustleistung. Obwohl der Wirkungsgrad im obigen Diagramm stark schwankt, beziehen sich diese Werte beispielsweise auf einen Wandler, der 40 A bzw. 24 W bei 0,6 V und 132 W bei 3,3 V liefert. Die tatsächlichen Verluste sind daher in beiden Fällen nahezu gleich und liegen zwischen 4,5 und 5,5 W.
