با موج عظیم مدلسازی در مقیاس بزرگ که توسط OpenAI هدایت میشود، مراکز داده جدید هوش مصنوعی، که نمونه بارز آن معماری Blackwell انویدیا است، استقرار انفجاری را تجربه میکنند. این گسترش جهانی زیرساختهای محاسباتی، الزامات بیسابقهای را بر عملکرد توان عملیاتی، پایداری شدید محیط و امنیت دادههای SSD های PCIe 5.0/6.0 در سطح سازمانی تحمیل میکند.
در محیطهای پربار با عملیات خواندن/نوشتن مداوم با سرعتهای گیگابیت، مدارهای محافظت در برابر اتلاف توان (PLP)، به عنوان آخرین خط دفاعی برای ذخیرهسازی دادهها، در حال جهش کیفی از «سطح صنعتی» به «سطح محاسباتی» هستند. هسته اصلی این سیستم، بانک خازنی PLP است که مستقیماً به موازات ورودی برق کنترلر SSD و حافظه فلش NAND متصل میشود و در صورت قطع برق غیرعادی، به عنوان یک «مخزن انرژی» اضطراری عمل میکند.
چالشهای اصلی: محدودیتهای دوگانه بار هوش مصنوعی بر روی خازنهای PLP
هنگام طراحی SSD های نسل بعدی با ظرفیت فوق العاده بالا برای استفاده سازمانی (با استفاده از فاکتورهای فرم E1.L یا U.2) برای سرورهای آموزش هوش مصنوعی، طراحی مدار PLP با دو چالش اصلی روبرو است:
۱. چالش عملکرد اصلی: چگونه میتوان به حفظ انرژی طولانیمدت و سریع در فضای محدود دست یافت؟
این چالش مستقیماً به این موضوع مربوط میشود که آیا میتوان دادهها را در صورت قطع برق با خیال راحت حفظ کرد یا خیر، و شامل سه بُعد کاملاً مرتبط است:
گلوگاه ظرفیت (چگالی انرژی): SSDهای رده سازمانی فضای داخلی بسیار فشردهای دارند. طبق دادههای صنعتی موجود، بسیاری از راهحلهای خازن الکترولیتی آلومینیومی مرسوم توسط مواد و فرآیندها محدود شدهاند که منجر به ظرفیت محدود در اندازههای استاندارد (مثلاً 12.5×30 میلیمتر) میشود و ذخیره انرژی کافی برای نوشتن دادههای سطح ترابایت در یک فضای مشخص را دشوار میکند.
اضطراب طول عمر (تحمل دمای بالا): سرورهای هوش مصنوعی به صورت 24 ساعته و 7 روز هفته کار میکنند و دمای محیط آنها اغلب از 80 درجه سانتیگراد فراتر میرود. خازنهای الکترولیتی آلومینیومی معمولی، به دلیل تبخیر الکترولیت و فرسودگی مواد در دماهای بالای طولانی مدت، ممکن است طول عمری داشته باشند که با الزامات گارانتی 5+ ساله SSDها مطابقت نداشته باشد و منجر به خطرات خرابی پنهان شود.
**پاسخگویی به ضربه (مقاومت در برابر شوک):** پنجره محافظت در برابر اتلاف توان برای عملیات خواندن/نوشتن 10 گیگابیت فقط در محدوده میلیثانیه است. اگر مقاومت سری معادل (ESR) یک خازن الکترولیتی آلومینیومی معمولی خیلی زیاد باشد، سرعت تخلیه آن برای تأمین تقاضای جریان اوج لحظهای کافی نخواهد بود و مستقیماً باعث وقفهها و خرابی دادهها در حین نوشتن مجدد میشود.
۲. چالشهای سازگاری با محیط: چگونه بر محدودیتهای دمایی غلبه کنیم و دامنه استقرار ذخیرهسازی هوش مصنوعی را گسترش دهیم؟
با گسترش قدرت محاسبات هوش مصنوعی به لبه شبکه، دستگاههای ذخیرهسازی باید در محیطهای سخت مانند ایستگاههای پایه، وسایل نقلیه و کارخانهها مستقر شوند. این امر الزامات «دسترسی محیطی» مستقل را بر خازنها تحمیل میکند:
**عدم وجود محدوده دمایی گسترده:** محدوده دمایی عملکرد خازنهای سنتی (معمولاً از -40 درجه سانتیگراد تا +105 درجه سانتیگراد) برای پوشش محیطهای بسیار سرد و گرم کافی نیست. در دماهای بسیار پایین در فضای باز زیر -40 درجه سانتیگراد، الکترولیت ممکن است جامد شود و منجر به خرابی عملکردی شود. تحت پخت مداوم در دمای بالا، طول عمر به شدت کاهش مییابد و کاربرد محصول را در طیف وسیعی از سناریوهای لبه محدود میکند.
تحلیل تکنیکال: مزایای چهاربعدی YMIN در خازنهای الکترولیتی آلومینیومی با کارایی بالا
YMIN با پرداختن به نقاط درد فوق، یک راهحل چهاربعدی با محوریت چگالی ظرفیت بالا از طریق نوآوری در سیستم مواد و فرآیند ارائه داده است.
ویژگی اصلی ۱: چگالی انرژی بالا (مبانی طراحی اولیه)
در مدارهای PLP، خازنها باید حداکثر ذخیره انرژی را در فضای محدود PCB داشته باشند.
پیشرفت تکنولوژیکی: سری LKM شرکت YMIN از فناوری فویل الکترود با چگالی بالا برای افزایش ظرفیت نامی از استاندارد صنعتی ۳۰۰۰ میکروفاراد به ۳۳۰۰ میکروفاراد در اندازه استاندارد ۱۲.۵×۳۰ میلیمتر استفاده میکند.
مزایای طراحی: با همان ابعاد فیزیکی، افزایش ظرفیت بیش از 10٪ است که حاشیه ایمنی بیشتری را برای محافظت در برابر قطع برق در حافظههای فلش NAND با ظرفیت فوقالعاده بالا فراهم میکند.
| شکل ۱: مقایسه راهکار YMIN با استاندارد صنعت (بعد ظرفیت) | |||
| ابعاد مقایسه (ظرفیت) | استاندارد صنعت | راهکار YMIN | مزیت عملکرد |
| مشخصات هسته | ۱۲.۵×۳۰ میلیمتر، ۳۵ ولت | ۱۲.۵×۳۰ میلیمتر، ۳۵ ولت | ابعاد فیزیکی یکسان |
| ظرفیت نامی | -3000 میکروفاراد | ≥3300μF | افزایش ظرفیت >10% |
| تحقق فنی | مواد و فرآیند متعارف | فویل الکترود با چگالی بالا و فرآیند پیشرفته | چگالی انرژی به طور قابل توجهی بالاتر |
| استفاده از فضا | استاندارد | ذخیره انرژی برتر و بیشتر در واحد حجم | طراحی جمع و جور را تسهیل میکند |
| عملکرد | استاندارد | قویتر، زمان محافظت طولانیتر در برابر قطع برق | قابلیت اطمینان سیستم افزایش یافته است |
ویژگی اصلی ۲: مقاومت در برابر دمای بالا و طول عمر طولانی (مطابق با قابلیت اطمینان در سطح سازمانی)
عملکرد طولانی مدت: سری LKM به طول عمر فوق العاده طولانی 10000 ساعت در دمای 105 درجه سانتیگراد دست مییابد، بیش از دو برابر راهکارهای مرسوم، که کاملاً با دوره گارانتی SSD های سطح سازمانی مطابقت دارد.
قابلیت اطمینان بسیار بالا: میزان خرابی آن (FIT) از تقریباً 50٪ به کمتر از 10٪ کاهش یافته است (برتر از استانداردهای درجه خودرو)، که ذخیره انرژی بسیار پایدار را در کل طول عمر آن تضمین میکند.
| شکل ۲: راهکار YMIN در مقابل استاندارد صنعتی (ابعاد طول عمر) | |||
| مشخصه (طول عمر) | سطح استاندارد خازن | راهکار YMIN | مزیت عملکرد |
| طول عمر در دمای بالا | ۵۰۰۰ ساعت @ ۱۰۵ درجه سانتیگراد | ۱۰۰۰۰ ساعت @ ۱۰۵ درجه سانتیگراد | طول عمر بیش از ۲ برابر افزایش یافته است، که کاملاً با دوره گارانتی ۵ ساله SSD برای نگرانی صفر در مورد نگهداری مطابقت دارد. |
| پایداری ظرفیت | میرایی سریع در دمای بالا | حفظ ظرفیت >95% در دمای بالا | ذخیره انرژی پایدار را در طول چرخه عمر تضمین میکند و از خرابی حفاظت در برابر قطع برق به دلیل کاهش ظرفیت جلوگیری میکند. |
| قابلیت اطمینان در دمای بالا | نوسان قابل توجه عملکرد بالای ۸۵ درجه سانتیگراد | پایدار در طیف وسیعی از دما از -40℃ تا 105℃/135℃ | به طور قابل توجهی محیطهای با دمای بسیار بالا را در داخل سرورها و در لبه شبکه مدیریت میکند و مرزهای برنامه را گسترش میدهد. |
| نرخ شکست (FIT) | -50 مناسب | <10 FIT (بالاتر از درجه خودرو) | نرخ خرابی بیش از 80 درصد کاهش یافته و قابلیت اطمینان قابل پیشبینی را برای استقرار در مقیاس میلیون واحد فراهم میکند. |
ویژگی اصلی ۳: مقاومت در برابر ضربه و واکنش سریع (تضمین منبع تغذیه آنی)
ESR فوقالعاده پایین: با بهینهسازی الکترولیت با رسانایی بالا، YMIN مقدار ESR را به 25 میلیاهم کاهش داده است (بهبودی بیش از 28٪ در مقایسه با استاندارد صنعتی 35 میلیاهم).
قابلیت پاسخگویی: مقاومت داخلی پایینتر، آزادسازی سریع انرژی را در عرض یک میلیثانیه تضمین میکند و به طور مؤثر از افت ولتاژ در هنگام قطع برق جلوگیری میکند.
| شکل 3: راهکار YMIN در مقایسه با استاندارد صنعتی (ابعاد ESR) | |||
| ابعاد مقایسه | استاندارد صنعت | راهکار YMIN | مزیت عملکرد |
| مشخصات هسته (ESR) | -35 میلی اهم | ≤25 میلی اهم | بهبود >28% |
| تحقق فنی | مصالح و طراحی متعارف | سیستم مواد پیشرفته و فرآیند دقیق | - |
| راندمان تخلیه | معیار | به طور قابل توجهی بالاتر | - |
| تلفات حرارتی | معیار | به طور قابل توجهی کاهش یافته است | - |
ویژگی اصلی ۴: محدوده دمایی وسیع (سازگاری محیطی برای محاسبات لبه)
محدوده دمایی بسیار وسیع: سری YMIN LKL(R) دارای محدوده عملیاتی از -55℃ تا +135℃ است که بسیار فراتر از خازنهای معمولی است.
راهاندازی در دمای پایین: با استفاده از فرمول ویژه الکترولیت در دمای پایین، تغییر ESR روان را حتی در دماهای بسیار پایین -55℃ تضمین میکند و راهاندازی و تخلیه آنی سیستم را در محیطهای بسیار سرد تضمین میکند.
| شکل ۴: راهکار YMIN در مقابل استاندارد صنعتی (ابعاد دما) | |||
| مشخصه (دما) | سطح خازن استاندارد | راهکار YMIN | مزیت عملکرد |
| محدوده دمای عملیاتی | -40 درجه سانتیگراد ~ +105 درجه سانتیگراد | -55 درجه سانتیگراد ~ 135 درجه سانتیگراد | محدودیتهای بالا و پایین به طور قابل توجهی گسترش یافتهاند و سناریوهای کاربردی بسیار پیچیده را پوشش میدهند. |
| طول عمر در دمای بالا (135 درجه سانتیگراد) | ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ ساعت | ۶۰۰۰ ساعت یا بیشتر | طول عمر بیش از ۳ برابر افزایش یافته است، که با چرخه کامل عمر SSDها مطابقت دارد. |
| عملکرد در دمای پایین (-55 درجه سانتیگراد) | ESR به شدت افزایش می یابد، عملکرد به طور قابل توجهی کاهش می یابد. | ESR به آرامی تغییر میکند و قابلیت راهاندازی فوری را حفظ میکند. | چالش شروع سرد را حل میکند و امنیت دادهها را برای دستگاههای لبه تضمین میکند. |
| قابلیت اطمینان چرخه دما | آزمایش استاندارد | آزمایشهای دقیق دمایی -55°C ~ 135°C را با موفقیت پشت سر میگذارد | تحت تأثیر شوک حرارتی قرار نمیگیرد و با نوسانات شدید محیطی سازگار میشود. |
پرسش و پاسخ در مورد نگرانیهای مشتریان
س: چرا هنگام انتخاب خازنهای محافظ اتلاف توان برای SSDهای PCIe 5.0، باید «تراکم ظرفیت» در اولویت قرار گیرد؟
الف) دلیل اصلی این است که مقدار دادهای که باید در حافظه فلش NAND SSD های با ظرفیت بالا (مانند ۸ ترابایت+) نوشته شود، در هنگام قطع برق افزایش مییابد، در حالی که فضای فیزیکی روی برد بسیار ثابت است. خازنهای الکترولیتی آلومینیومی مایع معمولی به دلیل محدودیتهای ظرفیت خاص فویلهای الکترود مرسوم خود، راندمان ذخیرهسازی انرژی پایینی دارند. خازنهای سری YMIN LKM ترجیح داده میشوند، زیرا آنها بیش از ۱۰٪ بهبود ظرفیت را برای همان اندازه ارائه میدهند و افزونگی انرژی پشتیبان کافیتری را برای سیستم بدون تغییر طرح موجود فراهم میکنند.
سوال ۲: چرا سرورهای هوش مصنوعی باید ویژگی «محدوده دمایی گسترده» خازنها را در نظر بگیرند؟
A2: هنگامی که توان محاسباتی و ذخیرهسازی هوش مصنوعی در لبه (مانند وسایل نقلیه یا ایستگاههای پایه در فضای باز) مستقر میشوند، تجهیزات با دمای بسیار پایین زیر -30 درجه سانتیگراد یا بالای 70 درجه سانتیگراد مواجه میشوند. خازنهای معمولی در این شرایط دچار افت شدید عملکرد میشوند و منجر به خرابی حفاظت در برابر اتلاف برق میشوند. بنابراین، هنگام انتخاب خازنها برای این سرورهای هوش مصنوعی لبه، باید قابلیت تحمل طیف وسیع دما ارزیابی شود. سری YMIN LKL (-55℃~135℃) به طور خاص برای این منظور طراحی شده است.
راهنمای انتخاب: تطابق دقیق با سناریوی شما
سناریوی الف: سرورهای هوش مصنوعی و SSDهای اصلی مرکز داده
چالشهای کلیدی: فضا بسیار محدود است و به خازنهایی نیاز است که حداکثر ذخیره انرژی، طولانیترین طول عمر و سریعترین سرعت تخلیه را در یک طرح فشرده ارائه دهند.
راهکار پیشنهادی: سری YMIN LKM (با ظرفیت بالا)، مدل معمولی 35V 3300μF (12.5×30mm). این سری با همان اندازه، ESR≤25mΩ و طول عمر 10000 ساعت در دمای 105 درجه سانتیگراد، بهبود ظرفیت بیش از 10٪ را ارائه میدهد و یک راهکار جامع برای برآورده کردن نیازهای شدید ذخیرهسازی توان محاسباتی هسته از نظر چگالی، طول عمر و سرعت ارائه میدهد.
سناریوی ب: محاسبات لبه، ذخیرهسازی ایستگاه پایه نصبشده روی خودرو و فضای باز
چالشهای کلیدی: دمای محیطی بسیار بالا (از -55 درجه سانتیگراد تا 135 درجه سانتیگراد)، که مستلزم عملکرد پایدار و قابل اعتماد خازنها در کل محدوده دمایی است.
راهکار پیشنهادی: سری YMIN LKL(R) (محدوده دمایی بسیار وسیع)، مدل معمولی 35 ولت 2200 میکروفاراد (10×30 میلیمتر). محدوده دمای عملیاتی آن از -55 درجه سانتیگراد تا 135 درجه سانتیگراد را پوشش میدهد و یک الکترولیت ویژه، ESR پایدار را حتی در شرایط بسیار سرد تضمین میکند و سازگاری محیطی قابل اعتمادی را برای ذخیرهسازی هوش مصنوعی لبهای فراهم میکند.
بررسی اجمالی فناوری ساختاریافته
برای سهولت بازیابی فناوری و ارزیابی راهکار، اطلاعات اصلی این سند به شرح زیر خلاصه شده است:
سناریوهای اصلی: SSDهای رده سازمانی با استفاده از فرم فاکتور E1.L/U.2 PCIe 5.0/6.0، مورد استفاده در سرورهای آموزش هوش مصنوعی و مراکز داده با کارایی بالا (سناریوهای اصلی). دستگاههای ذخیرهسازی با دمای بالا که در گرههای محاسبات لبه، سیستمهای هوشمند درون خودرو و ایستگاههای پایه ارتباطی در فضای باز مستقر هستند (سناریوهای توسعهیافته).
مزایای اصلی راهکار YMIN:
چگالی ظرفیت بالا: سری LKM ظرفیتی معادل ≥3300μF را در اندازه استاندارد 12.5×30 میلیمتر ارائه میدهد که در مقایسه با محصولات متداول با اندازه مشابه، بهبود بیش از 10 درصدی را نشان میدهد.
مقاومت در برابر دمای بالا و طول عمر طولانی: طول عمر ≥ 10000 ساعت در دمای 105 درجه سانتیگراد، نرخ خرابی < 10 FIT، برآورده کننده الزامات عملکرد قابل اعتماد در دراز مدت.
مقاومت در برابر ضربه و پاسخ سریع: ESR ≤ 25mΩ، که آزادسازی سریع انرژی را در بازه زمانی خاموش شدن در سطح میلیثانیه تضمین میکند.
محدوده دمایی بسیار گسترده: سری LKL(R) از -55°C تا 135°C کار میکند و بر چالش انجماد الکترولیت در دمای پایین غلبه میکند.
مدلهای ارزیابی پیشنهادی:
سری YMIN LKM: مناسب برای سناریوهای ذخیرهسازی اصلی در مراکز داده که اولویت آنها حداکثر استفاده از فضا و قابلیت اطمینان بلندمدت است. مدل معمول: 35 ولت 3300 میکروفاراد (12.5×30 میلیمتر).
سری YMIN LKL(R): مناسب برای محاسبات لبه و سناریوهای ذخیرهسازی خودرو که نیاز به مدیریت چالشهای دمایی شدید دارند. مدل معمول: 35 ولت 2200 میکروفاراد (10×30 میلیمتر، دمای عملیاتی -55 درجه سانتیگراد تا 135 درجه سانتیگراد).
برای مشخصات دقیق سری YMIN LKM/LKL(R) یا درخواست نمونههای مهندسی، لطفاً از طریق وبسایت YMIN Electronics با تیم فنی YMIN تماس بگیرید.
زمان ارسال: ۱۲ ژانویه ۲۰۲۶