cookieOptions = {...}; .淺析 GaN 的優勢及對數據中心的影響 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

3S MARKET

2020年8月21日 星期五

什麼是 GAN 生成對抗網路 (深度學習)? 
What is Generative Adversarial Nets GAN (deep learning)?


在我們現在的日常生活中,每天都有不斷成長的數據,被產生、儲存及服務,而社交網路、線上視訊、物聯網設備,和汽車高級駕駛員輔助系統(ADAS),則是這些數據尤其主要的貢獻者。

以 ADAS 為例,數據儲存咨詢公司 Coughlin Associates 預計,自動駕駛汽車每秒將產生 GB 的數據。儘管我們距離完全依賴自動駕駛汽車技術,仍需很長一段時間,但寶馬、福特和豐田等汽車製造商,已紛紛計劃著如何管理和支持,未來的數據中心。

與此同時,數據中心已消耗了全球 2% 的功率,據預測這一數值可能會達到5%。雖然它們比過去十年更高效更節能,但採取措施大幅度提高效率、降低能耗,仍是迫在眉睫。

GaN (氮化鎵)電源轉換技術,為設計高效且緊湊的伺服器電源提供最佳選擇,它產生的系統成本和節能優勢,可以使現有數據中心處理更大量的數據,一定程度上減少了建設新數據中心的需求。

數據中心的效率
新興的應用包括物聯網(工業物聯網,萬物互聯等),以及常規可生成萬億字節數據的自動駕駛汽車,它們通常會生成太字節的數據,這意味著新的伺服器安裝,必將呈指數級成長。

與此同時,國家資源保護委員會(NDC)的研究表明:許多小型、中型企業和多租戶數據中心,實際上浪費了它們所消耗的大部分能源。因此,必須提高伺服器群的效率,以便最大限度地利用現有設施,同時應對新擴建項目的需求。

數據中心最大的費用是運行伺服器的電力消耗,可能高達總成本的 40%,但這些電能中通常約有 5-10% 會被浪費。此外,到 2020 年數據中心能耗,預計將增加到每年大約 1400 億千瓦時,這將需要 17 個新發電廠,其年產量相當於美國企業每年 130 億美元的電費,而產生近 1.5 億公噸的碳排放量。

使用 GaN 替代 Si 晶體管,進行電源設計的進展,使這一能源使用,預測減少了幾個百分點。除了節能效益外,這些技術的進步,還可以使使用更少、更小的電源轉換,為更少的數據中心,如圖1 所示。

GaN Systems 公司首席執行官 Jim Witham,在一場關於數據中心效率的討論中,解釋了節省空間的好處:「如果您可以使服務器電源更小,那麼便可以使用更少的空間進行電源轉換,並將更多伺服器放在同一空間內。如果您將更多伺服器放在同一空間中,那麼便可以更好地使用資產。這對於數據中心經理來說,他們每平方米的容量會增加很多。我們在數據中心看到了 10 倍的成長,您也可以推遲實際花錢建立一個新的數據中心(透過使用更高效的電源)。」

  1.使用GaN改善電源系統意味著更多的機架空間
  
GaN 的優勢
在當今的數據中心中,典型的最先進的伺服器電源效率徘徊在 96% 左右。增加這個數位,通常涉及優化控制方法、拓撲,以及磁性元件,但是進一步提高效率,最接近的解決方案,是從傳統的 Si 器件轉變為 GaN。

例如,採用 Si MOSFET 技術的典型電源,具有 94-96% 的效率。一半的功率損耗發生在,電源功率因數校正(PFC)階段,另一半則在電源功率轉換部分消耗了。 

基於最先進 MOSFET 的工業標準,半無橋 PFC 效率高達 97.5%。相比之下,由於 GaN 器件的固有特性,可以採用更先進的圖騰柱拓撲結構 PFC,並且只需 1% 的功率損耗,即可實現這一關鍵功能,圖騰柱設計還將總組件數量減少了 30%,如圖2 所示。

  2.GaN 橋接技術與 Si MOSFET 相比具有相當大的效率優勢
  
電源製造商採用 GaN 器件的挑戰和回報,是實現更快的開關元件。由於功率轉換系統的大部分低效率,是「開關損耗」導致的,因此 GaN 器件與開關速度慢的 MOSFET 相比,有效率優勢。 此外,更高的開關速度,大大減小了磁性元件和電容電路元件的尺寸。

GaN器件對數據中心的影響
數據中心的能耗,是功率損耗和冷卻的複雜組合。在一般的數據中心中,當電流從電網,輸運至單個伺服器的微處理器時,需經過多重功率轉換,大約 30% 的功率,會因轉換效率低下而損耗,所有這些能量產生的熱量必須被移除,以保持數據中心正常運行。

  3.GaN 可以將數據中心的總體效率提高到 84%
  
GaN 器件用於從交流到直流的功率轉換,然後用於轉換負載的直流電壓,可以將 Si 器件的整體效率,從 77% 提高到接近 84%,如圖 3 所示。

根據一級數據中心營運商 GaN Systems 的研究,GaN 器件可以將每個機架的能源成本,降低 2,300 多美元,使營運成本節省超過 2.4 億美元。

如果該營運商的電力密度增加 25% 以上,將增加14億美元的伺服器以及儲存器收益機會,而延遲數據中心建設,將推遲近11億美元的資本支出。

結論
即將到來的大量數據,正在推動可擴展、高效和靈活的數據中心基礎設施的需求。採用 GaN 器件的電源系統,可提供更高的功率轉換效率,對這種高性能技術的投資,意味著透過創建更小、更輕、成本更低、效率更高的電力系統,提高能源和空間效率。

GaN技術將使數據中心運營商,不僅重新構想自己的業務,而且最終在改變能源和數據相關的世界中發揮作用。461180829

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