Für schrittweise Verbesserungen sind exponentielle Anstrengungen erforderlich.
Am Beispiel der Viertel-Bricks des Flex lässt sich zeigen, dass die Ausgangsleistung von etwa 100 W im Jahr 2002 auf 400 W im Jahr 2008, auf 1,5 kW im Jahr 2020 und bis zu 2 kW im Jahr 2024 gestiegen ist. Für Leistungsarchitekten geht es bei dieser Steigerung nicht nur um die Wattzahl: Sie verändert grundlegend die Stromverteilung, die thermische Dichte und die Kompromisse bei der Systemoptimierung.
Dies wirft die Frage auf, wodurch die Leistungsdichte über die Jahre so stark gestiegen ist. Ein wesentlicher Teil der Antwort liegt in den Effizienzsteigerungen. Betrachtet man dieselben Produkte, zeigt sich ein Fortschritt von etwa 901 TP34T bei frühen Modellen auf 97,91 TP34T und mehr heute. Allerdings lagen die Wirkungsgrade bereits 2008 bei nahezu 961 TP34T, sodass jeder zusätzliche Bruchteil eines Prozents hart erkämpft ist. Der Grund dafür ist, dass der Sprung von 961 TP34T auf 971 TP34T nicht nur eine Verbesserung um 11 TP34T bedeutet, sondern vielmehr eine Reduzierung der Verluste um etwa 261 TP34T. Dieser Effekt verstärkt sich mit steigendem Wirkungsgrad, sodass eine Verbesserung von 97,01 TP34T auf 97,61 TP34T eine weitere Reduzierung der Verluste um 201 TP34T erfordert.
Diese kleinen Verbesserungen können in hochdichten KI-Racks große Auswirkungen haben, da sie sich direkt auf die thermische Reserve, den Luftstrombedarf und die Wahl der Kühlarchitektur auswirken. Sie skalieren jedoch mit den Komponenten- und Verbindungsparametern. Daher kann die Erreichung des Wertes von “0,6%” entweder eine relativ geringfügige Neuentwicklung mit einer neuen Generation von Halbleiterbauelementen mit niedrigeren Widerständen und schnelleren Schaltzeiten bedeuten oder eine vollständige Neuentwicklung mit einem völlig neuen Ansatz für die Wandlungstopologie erfordern.
Um diese Leistungssteigerungen zu erzielen, waren beispielsweise Fortschritte bei der Halbleiterleistung und der Topologieoptimierung erforderlich. Moderne MOSFETs, die in Synchrongleichrichtern eingesetzt werden, weisen heute einen Durchlasswiderstand im Sub-Milliohm-Bereich, kleinere Gehäusegrößen und eine geringere Kapazität auf. Dies ermöglicht parallele Schaltungsstrategien, die Leitungs- und dynamische Verluste reduzieren und gleichzeitig die Wärmeableitung verbessern.
Quelle: Flex-Analyse (Mai 2026)
Da jedoch die Verluste der Schaltelemente reduziert werden, machen die Verluste in der Magnetik und den Verbindungsleitungen oft einen größeren Anteil des verbleibenden Verlustbudgets aus – wodurch der Wicklungswiderstand und die layoutabhängige Impedanz der Verbindungsleitungen für die Modellierung immer wichtiger werden.
Effizienz ist jedoch nur ein Teil der Wahrheit; das obige Diagramm zeigt, dass die Verluste in einem 1,5-kW-DC/DC-Wandler mit Viertel-Bausteinen immer noch mehr als dreimal so hoch sind wie bei früheren Konstruktionen. Physikalische Gesetze und maximale Sperrschichttemperaturen haben sich nicht geändert, daher ist klar, dass das Wärmemanagement große Fortschritte gemacht hat. Die Wärmeableitung wird jedoch mit zunehmender Packungsdichte in modernen Systemen schwieriger, da die Platzierung einer 1,5-kW-Last in der Nähe des Wandlers zu erheblicher Quererwärmung führen kann.
Bei höchsten Leistungsstufen hat sich die Verwendung der gleichen Kühltechniken wie für die CPU- oder GPU-Last auch für integrierte Kühlkörper (IBCs) als Lösung erwiesen. So können die DC/DC-Wandler über integrierte Kühlplatten an Ober- und Unterseite verfügen, die an das bestehende Flüssigkeitskühlsystem angeschlossen werden können. Dadurch wird die Wärmeleitung über die DC/DC-Leiterplatte reduziert, sodass die Kupferleiterbahnen und Anschlussstifte die benötigten höheren Ströme leiten können.
Optimieren Sie das gesamte System, nicht nur die einzelnen Teile.
Die Entwicklung einer Stromversorgungskette vom Stromnetz bis zum Chip lässt sich zwar technisch schrittweise realisieren, doch um die Systemeffizienz zu maximieren, müssen Rechenzentrumsbetreiber einen ganzheitlicheren Ansatz verfolgen. Denn die Optimierung eines einzelnen Systemteils kann die Funktion vor- oder nachgelagerter Komponenten beeinträchtigen und somit die Effizienz des Gesamtsystems mindern. Nicht umsonst gilt: Ein gutes System ist mehr als die Summe seiner Teile.
Systemisches Denken im Designprozess ermöglicht zudem Systemlösungen, die das aktive Zusammenspiel mehrerer Teile oder Komponenten erfordern. Digitale Regelungstechniken wie dynamische Spannungsanpassung und Phasenabschaltung tragen zur Energieeinsparung bei, indem sie die Effizienz bei geringer Last, beispielsweise im Leerlauf von Prozessoren, verbessern. Diese Verhaltensweisen müssen jedoch unter realistischen Lastprofilen und nicht unter den Annahmen des stationären Zustands, die mit fragmentierten Systemdesigns einhergehen, evaluiert werden.
Verbessern Sie nicht nur Ihre Produkte, sondern auch Ihre Herangehensweise.
Die Entwicklung von Viertel-Bricks beschränkt sich nicht mehr allein auf die Erzielung höherer Leistungsdichten. Von den heutigen Leistungselektronik-Ingenieuren wird erwartet, dass sie weitergehende Anforderungen erfüllen und benötigen dafür die richtigen Werkzeuge. Die Modellierung des gesamten Stromversorgungspfads im Rack mit Tools wie Flex Power Designer Dies ermöglicht es ihnen, Architekturoptionen, die Verlustverteilung zwischen den Stufen und die Leistung unter dynamischen Arbeitslastbedingungen zu vergleichen. Sie setzen dabei häufig auf KI selbst, beispielsweise für Simulationen elektrischer und thermischer Effekte. Sie wählen Lieferanten mit Produktportfolios, die das gesamte Spektrum von der Netzinfrastruktur bis zum Chip abdecken, um maximale Kompatibilität und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Diesen Ansatz wenden sie systemweit an, um bestmögliche Effizienz, thermische Stabilität, Leistung und Verfügbarkeit sicherzustellen.
