AI 폭증 속에서 데이터 센터 HPC 시스템을 지원하는 최신 부품

클라우드 서비스의 확장과, 더 큰 확장성과 방대한 계산 리소스를 필요로 하는 LLM(거대 언어 모델)에 의존하는 AI(인공 지능) 응용 제품의 갑작스러운 수요로 인해 데이터 센터의 성장이 급상승하고 있습니다. 이를 위해, 더 높은 전력 및 열 관리 요구 사항을 처리할 수 있는 특수 부품을 활용하는 새로운 세대의 HPC(고성능 컴퓨팅) 시스템이 요구됩니다.

이러한 데이터 센터 요구 사항으로 인해 제품 설계자가 AI 처리를 위한 요구 사항을 충족하기 위해 고급 HPC 장치를 개발하는 데 활용할 수 있는 향상된 수동 부품(예: 전력 커패시터, 저항기, 인덕터)에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 요구 사항에는 데이터 센터가 공간을 최적화하고 해당 시스템 밀도를 높일 수 있는 소형 장치의 효율성, 성능, 신뢰성 및 열 관리 향상이 포함됩니다.

HPC 효율을 위한 더 나은 인덕터

YAGEO Group의 자회사인 KEMET은 DC-DC 컨버터 및 스위치 모드 전원 공급 장치의 성능을 향상시키기 위해 금속 혼합 인덕터를 개발했습니다. 이 회사는 OEM에 맞춤형 자기 부품을 공급해온 오랜 경험을 활용하여 전류 과도 상대에 대한 더 높은 허용 오차와 더 높은 작동 온도를 특징을 통해 콤팩트한 설계와 높은 성능을 제공하는 표준화된 METCOM MPX 전력 인덕터 라인을 개발했습니다.

METCOM 금속 복합 전력 인덕터는 코어의 고포화 플럭스 밀도를 제공하여 전통적인 페라이트 인덕터보다 더 강력한 자기장을 실현합니다. 또한 온도 및 전류에 걸쳐 안정적인 유도 용량을 제공합니다.

코어는 분리 코팅이 적용된 금속 분말과 결합 작용제로 구성되었습니다. MPX 계열에 사용 가능한 유도 용량 범위는 0.1µH ~ 100µH입니다.

온도 및 전류에 걸쳐 안정적인 유도 용량을 제공하는 소결 자기식 금속 복합 분말(그림 1)로 둘러싸인 원형 구리선을 사용하는 인덕터 구조는 데이터 센터 서버용 스위치 모드 전원 공급 장치, 전력 인덕터, EMI 필터 인덕터, 부하점 조정기 등 여러 DC-DC 조정기에 적합합니다.

그림 1: METCOM MPX 전력 인덕터는 소결 자기식 금속 복합 분말로 둘러싸인 원형 구리선을 사용합니다. (이미지 출처: KEMET)

금속 분말을 사용하면 에너지 밀도가 높고 내열성이 뛰어난 인덕터를 생산할 수 있으므로 페라이트 코어 인덕터보다 실장 면적이 작고 고주파에서 코어 손실이 적으며 전자기 간섭(EMI)을 탁월하게 억제하는 추가적인 이점을 누릴 수 있습니다. 이 모든 것이 결합되어 데이터 센터 운영에 필수적인 내구성과 신뢰성을 향상시킵니다.

MPX 계열에 제공되는 200개 이상의 옵션을 통해(그림 2), Kemet은 넓은 선택의 폭을 제공합니다. 사용 가능한 치수에는 5mm x 5mm, 6mm x 6mm, 8mm x 8mm, 10mm x 10mm, 12mm x 12mm, 17mm x 17mm, 22mm x 22mm가 포함됩니다.

그림 2: METCOM MPX 폼 팩터. (이미지 출처: KEMET)

예를 들어 MPX1D0630L3R3은 6mm x 6mm 크기의 부품으로 높이가 3.0mm에 불과하므로 밀집되게 패킹된 PCB에서 성능을 떨어뜨리지 않으면서 공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 합니다. 최대 +155°C의 작동 온도, 3.30µH ±20%의 유도 용량, 30.3mΩ의 최대 DC 저항을 갖는 이 부품은 전력 무결성, 열 관리, 효율성 유지 관리가 매우 중요한 HPC 환경에 적합합니다.

유도 용량 값과 관련하여 요구 사항이 덜 엄격하거나 더 다양한 목적으로 사용할 수 있는 MPX1D0530L220은 5mm x 5mm의 실장 면적과 3.0mm의 높이로 제공되며 22.00µH의 유도 용량이 지원됩니다. 341.2mΩ의 더 높은 최대 DC 저항을 가진 이 장치는 열 관리가 큰 문제가 되지 않는 경우 또는 시스템에 추가 냉각 시스템이 내장되어 있는 경우에 적합합니다.

HPC에 대한 전력 비드 인덕터 옵션

엄격한 성능 요구 없이 일반적인 EMI 억제가 필요한 HPC 시스템에서 또 다른 YAGEO 계열사인 Pulse Electronics는 고전류 처리에 최적화된 전력 비드 인덕터를 제공합니다. 이는 트랜스 인덕터 전압 조정기(TLVR) 토폴로지와 함께 사용하도록 특별히 설계되었습니다.

페라이트 코어 전력 비드 인덕터는 일반적으로 데스크톱 코어 전압 조정기(VCORE)에 전력을 공급하는 권선형 토로이드 인덕터를 대체합니다. 스루홀 기술(THT)로 제조된 전력 비드 인덕터는 더 높은 효율을 제공하고 더 엄격한 허용 오차를 제공하므로 VCORE 조정기의 크기를 더 작게 만들 수 있습니다.

전력 비드 인덕터는 다상 벅 토폴로지에서 단일 권선 인덕터의 놀라운 리플 전류 대신 더 작은 유도 용량을 허용하며 컨버터가 부하 전류의 변화에 얼마나 빨리 반응하는지(과도 응답)와 제어 루프의 안정성 사이에서 설계 균형을 맞출 수 있습니다.

Pulse Electronics의 부품은 일반적으로 서버, 그래픽 카드, 스토리지 및 데이터 센터용 프로세서, 메모리 모듈, 고전류 ASICS 및 FPGA에 전원을 공급하는 고전류 다상 전압 조정기에 사용됩니다. 이 이중 권선 TLVR 인덕터는 20nH ~ 1µH의 유도 용량 범위와 함께 4mm x 4mm ~ 13mm x 13mm의 실장 면적으로 제공됩니다.

PAL6373.XXXHLT 계열 폼 팩터(그림 3)의 부품(예: PGL6380.101HLT)은 12mm x 6mm의 실장 면적으로 제공되며 100nH ~ 200nH의 유도 용량 범위, 59A ~ 125A 피크의 포화 전류 정격, -40°C ~ +125°C의 작동 온도 범위를 지원합니다. 1T 또는 2T 권선 상에 조립된 페라이트 코어로 구성된 이 제품은 매우 낮은 DC 저항(DCR), 높은 피크 전류, 낮은 AC 손실을 특징으로 합니다. 또한 단상, 통합 위상, 결합형 인덕터 버전으로 제공됩니다.

그림 3: Pulse Electronics의 PAL6373.XXXHLT 계열 전력 비드 인덕터 폼 팩터. (이미지 출처: Pulse Electronics)

HPC 시스템의 경우 전력 비드 인덕터와 금속 복합 유형 중에서 선택하는 것은 높은 유도 용량 안정성, 온도 저항 및 잡음 감소의 필요성과 같은 시스템의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다. KEMET 인덕터는 최대 +180°C의 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하며, 성형 금속 구조는 음향 잡음을 줄여주는데 이는 잡음에 민감한 HPC 시스템에서 유리할 수 있습니다.

안정적인 장기 수명 커패시터

KEMET의 전도성 고분자 알루미늄 고체 전해 커패시터는 성능, 효율성 및 신뢰성이 중요한 HPC 시스템의 까다로운 요구 사항에도 적합합니다.

전도성 액체 전해질을 사용하는 기존의 '습식' 알루미늄 전해 커패시터와 달리 KEMET 커패시터의 고체 고분자는 온도, 주파수 및 작동 수명에 걸쳐 안정적인 낮은 등가 직렬 저항(ESR)을 특징으로 합니다.

전해질이 건조되어 고장을 일으킬 수 있는 습식 커패시터보다 더 높은 리플 전류와 더 긴 수명을 제공하는 고체 고분자 장치는 내진동성이 뛰어나며 안정성을 강화하도록 설계되었습니다. 이 장치는 높은 주파수에서 정전 용량을 효과적으로 유지하므로 빠르게 스위칭되는 전원 공급 장치에 매력적인 옵션입니다.

KEMET 커패시터는 HPC 시스템에서 일반적인 고전류 수요에서 큰 전력 손실 없이 효과적으로 작동하며 전도성 고분자와 전해질의 조합으로 인해 표준 전해질에 비해 더 높은 전압을 수용합니다. 고분자 알루미늄 고체 전해 커패시터의 향상된 전기적 특성과 견고성은 대체품과 비교하여 HPC 시스템의 전반적인 효율성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

광범위한 온도 범위에서 더 긴 수명과 뛰어난 안정성을 제공하도록 설계된 KEMET의 A768 계열 표면 실장 커패시터(그림 4)는 18µF ~ 1,200µF 범위의 값과 4 _DC ~ 80V_DC의 전압 범위로 제공됩니다. 예를 들어, A768MS108M1CLAE015는 15m옴의 ESR 정격과 -55°C ~ +125°C의 작동 온도 범위를 가진 16V, 1000µF 버전입니다. 이 장치는 0.406" L x 0.406" W(10.30mm x 10.30mm)의 랜딩 패드 크기를 가집니다.

그림 4: A KEMET A768 계열 표면 실장 고체 고분자 알루미늄 커패시터. (이미지 출처: KEMET)

이러한 커패시터는 까다로운 열 조건에서도 성능을 유지하도록 설계되었으며, 일부 버전의 경우 기계적 응력 또는 움직임으로 인해 불안정해질 수 있는 HPC 환경을 위해 최대 30g의 진동을 견딜 수 있습니다.

박막 칩 저항기

HPC 설계에서 중요한 또 다른 부품은 과도한 전류를 보호하기 위해 전력 인버터와 커패시터를 보완하고 시스템의 전반적인 안전성 및 효율성을 보장하는 칩 저항기입니다. 2023년, YAGEO Group은 까다로운 환경에서 높은 수준의 일관적인 성능을 유지하도록 설계된 NT 계열의 질화 탄탈룸 박막 칩 저항기를 출시했습니다.

NT 계열의 자기 부동태화 설계는 습기가 침투하지 않도록 저항층을 보호하는 방수층을 형성합니다. 이 장치는 0402 ~ 1206의 케이스 크기와 100Ω ~ 481kΩ의 저항 범위로 제공됩니다.

-55°C ~ +155°C의 넓은 작동 온도 범위를 가진 NT 저항기는 안정적인 전력 배분과 효율적인 에너지 전달에 기여합니다. 또한 1/20W ~ 2/5W의 전력 정격에서 ±25ppm/°C, ±50ppm/°C의 낮은 저항 온도 계수를 제공합니다.

결론

클라우드 컴퓨팅과 AI의 요구로 인해 까다로운 조건에서 높은 신뢰성을 제공하는 특정 속성을 갖춘 전자 부품에 대한 필요성이 높아지고 있습니다. 설계자는 YAGEO Group과 해당 포트폴리오 회사인 KEMET 및 Pulse Electronics가 공급하는 특수 전력 인덕터, 저항기 및 커패시터를 통해 HPC 시스템의 진화하는 요구 사항을 충족할 수 있습니다.