“我们在伊顿 9395X 中设计了基于碳化硅的转换器，使其在双转换模式下为市场带来 97.5% 的效率。”今日消息，智能电源管理公司伊顿 (Eaton) 在赫尔辛基开设了一个先进的新园区，以提高其制造和供应不间断电源 (UPS) 系统的能力，包括其最新产品伊顿 9395X。
伊顿 9395X UPS 现已投入生产，其占地面积比同类 UPS 型号小 30%，并凭借其碳化硅转换器提供卓越的能源效率。这在数据中心环境中需要更少的电力，从而更容易减少碳排放。Eaton 9395X 目前的最大额定功率高达 1700 kVA（将在明年扩展）和卓越的功率密度，以伊顿 Power Xpert 9395P UPS 的强大功能为基础，具有出色的弹性。该系统也是具有电网交互功能的伊顿EnergyAware UPS，这意味着数据中心运营商可以通过参与能源市场赚取收入来降低伊顿9395X的总拥有成本——他们可以出售需求响应服务，帮助平衡高可再生电网。伊顿关键电源解决方案大型三相 UPS 产品经理 Joel Kärkkäinen 表示：“我们在伊顿 9395X 中设计了基于碳化硅的转换器，使其在双转换模式下为市场带来 97.5% 的效率。”“事实上，与类似的 UPS 型号相比，它需要的冷却量减少了 30%，占地面积减少了 30%，这意味着该 UPS 为创收 IT 设备留出了更多空间。它具有顶部排气装置，无需后部间隙，这意味着进一步节省空间并降低安装成本。”伊顿 9395X 凭借其周到的设计而易于部署，具有现成的子组件以及通过柜间母线和自配置电源模块简化的安装。一键即可配置大型系统，内置的自我监控减少了定期维护的需要，进一步节省了成本。HotSync 专利负载共享技术可消除单点故障并同步并联电源模块和 UPS，无需通信链路或同步信号，从而提高可靠性。伊顿 9395X UPS 提供完整的生命周期分析和生态通行证，以证明其在整个供应链、制造和使用过程中直至其使用寿命结束时对环境的影响。这使得可以轻松地将其纳入设施级碳排放计算中，并帮助伊顿的客户实现其可持续发展目标。
近年来人工智能算力的激增，不只是为计算硬件带来了部署上的压力，也为数据中心的供电带来了不可小觑的挑战。依照目前的算力提升速度而言，如果不对数据中心的供电结构做出优化，尤其是在PSU电源上，那么先进封装和高带宽内存的短缺可能不是我们最先面临的难题。
据统计机构预测，2025年全球服务器电源市场规模将达到316亿元，其中来自中国市场的规模也将达到91亿元。在设计方案中，目前硅方案依然占据主导，可随着新建/改建的数据中心里，单个机架的功耗直线上升，以6U的AI服务器为例，单机架的平均功率就达到了10.5kW，年耗电量约等于百人的生活用电，改换新的服务器电源设计方案已经迫在眉睫。onsemi在此前发布的技术文章中表示，为了应对持续增长的电能保护市场需求，新一代UPS需具有以下特点：
超过98%的高能效，高功率密度，功率因数>0.99，无变压器设计
更高的输出功率：大型数据中心对UPS要求很高，一台3相输出的UPS的母线电压是800 V。模块化UPS可拓展、高冗余，通过连接多个产品能达到100 kVA更大输出功率，以应对大型数据中心的需求
0切换时间：相较离线式UPS的2到10 ms切换时间，在线式UPS具有0切换时间，以应对各种情况下的紧急问题
具有调节输入电压和优化输出电压的能力，以减少电池的使用频率，从而增加使用时间，节省成本
优秀的散热能力，减少本身由散热器带来的重量和成本，同时有能力在受限的空间里增加额外的功率模块
控制总拥有成本(TCO，Total Cost of Ownership)，包括生产成本、运输安装和后期维护的成本，以及存放设备的空间成本等。需要去考虑如何减小散热片、电感和电解电容以及风扇所占的空间和重量。
UPS的可拓展化，模块化UPS的一个巨大优势就是可拓展，当需要增加容量时，只需要添加一个电源模块，一个模块尺寸重量较小，即使一个人也可以完成安装，大大减少了成本。
采用在线式UPS，在线式UPS相比其它种类的UPS能够处理更多输入电能质量问题，减少电池使用频率，同时其高频逆变器能够输出高质量高效率的正弦信号为负载供电。
拓扑对系统性能和能效的影响，3电平拓扑比2电平拓扑能效更高，在额定功率下，更高能效意味着更小的散热器和更好的可靠性，最关键的是电平数的增加使得电压输出更接近正弦波，但复杂的控制算法、更多的器件以及开关管数量增加会导致成本增加，设计人员需要在性能和价格之间权衡取舍。
使用SiC作为开关器件。SiC有助于变革性地优化UPS设计，满足大数据时代UPS小型化、高容量化、高效化的要求。
从目前市面已有的使用第三代半导体的服务器电源来看，主要面向最高3kW左右的数据中心供电，以华为的3000W功率氮化镓服务器电源为例，就是基于英飞凌的氮化镓开关管设计的。这是因为随着OCP 3.0、ORV等公开标准的发布，对高功率密度、有效低成本的热管理等机架设计提出了要求。随着AI服务器对于供电的要求进一步提高，3kW的系统功率也很快会成为过去式。以英伟达最新发布的B200 AI GPU为例，其满载功耗就达到了1200W，DGX B200这种8 GPU硬件平台，功耗更是高达14.3kW。碳化硅由于成本还未降低至与氮化镓或硅器件同一水平，目前在服务器电源上的应用主要还是在中大功率的模块化UPS上，这与材料本身的特性不无关系。在带隙宽度上，氮化镓和碳化硅的差距并不大，但在击穿电压上，碳化硅的1700V击穿电压远大于氮化镓的650V。当前来说，在2到4kW的范围内，基于无桥PFC的设计，氮化镓和碳化硅都可以满足服务器电源的需求，且氮化镓还占据成本优势。然而在超过4kW以上的功耗时，氮化镓的高传导损耗就已经对其散热设计提出挑战了。在这个功率范围的电源效率上，两者在半载时的效率相近，但在满载时的效率碳化硅可以做得更高。随着各种基于云端的人工智能应用飞速落地，数据中心面临着巨大的电力挑战，基于第三代半导体方案的服务器电源不仅解决了高功率供电的问题，也进一步节省了系统成本和电费成本。在碳化硅快速降本节奏的影响下，数据中心电源的需求逐步释放，或将成为碳化硅器件在除汽车和新型电力系统改革等主流应用外的增长第三极！IPF 2024 第二届碳化硅功率器件制造与应用测试大会
暨化合物半导体产业高峰论坛
主办单位：InSemi Research、锡山经济技术开发区战略合作：晶能微、赛晶亚太半导体科技、阿基米德半导体特邀赞助：合盛新材料、芯三代、泰克科技、诚联恺达、华科智源、开悦半导体、忱芯半导体、亚舍立赞助单位：泓浒半导体、三海电子、成川科技、愿力创、卓尔半导体、东方中科、高坤电子、海姆希科、贝斯科而、津上智造媒体合作：碳化硅芯观察 材料部件装备芯观察 半导体行业观察
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