SiC-MOSFETs für HVDC-Backup-Systeme in KI-Servern

ROHM hat bekannt gegeben, dass sein 750-V-Siliziumkarbid-MOSFET (SiC) in einer Battery Backup Unit (BBU) für KI-Server-Stromversorgungen eingesetzt wird und damit den Übergang der Branche zu Hochspannungs-Gleichstromsystemen (HVDC) unterstützt.

HVDC-Stromversorgungsarchitekturen für KI-Rechenzentren
Der zunehmende Einsatz generativer KI-Anwendungen und leistungsstarker GPUs hat den Energieverbrauch von Rechenzentren deutlich erhöht. Um Übertragungsverluste bei der Stromverteilung innerhalb der Serverinfrastruktur zu reduzieren, setzen Rechenzentrumsbetreiber und Gerätehersteller verstärkt auf HVDC-Stromversorgungsarchitekturen.

Innerhalb dieser Systeme sorgen Battery Backup Units (BBUs) und Capacitor Units (CUs) auf Rack-Ebene für eine kurzfristige Energieversorgung. Sie tragen dazu bei, den Betrieb bei Stromausfällen, Spannungsschwankungen und kurzzeitigen Unterbrechungen aufrechtzuerhalten und schützen sowohl Rechenprozesse als auch gespeicherte Daten. Mit steigenden Leistungsanforderungen müssen diese Backup-Systeme höhere Spannungen und Ströme bewältigen und gleichzeitig Energieverluste bei der Leistungsübertragung und Fehlerbehandlung minimieren.

Integration von SiC-MOSFETs in ±400-V-Serverstromsysteme
Das für die BBU-Anwendung ausgewählte Bauteil ist der SCT4013DLL von ROHM, ein 750-V-SiC-MOSFET für den Einsatz in einer ±400-V-Stromversorgungsarchitektur für KI-Server. Die Siliziumkarbid-Technologie bietet elektrische und thermische Eigenschaften, die in leistungsstarken Serverumgebungen zunehmend an Bedeutung gewinnen, darunter geringere Schaltverluste und die Fähigkeit zum Betrieb bei erhöhten Temperaturen.

Laut ROHM unterstützt das Bauteil eine maximale Sperrschichttemperatur von 175 °C. Diese Eigenschaft ist insbesondere in BBUs relevant, da die Wärmeentwicklung mit steigender Leistungsdichte und Betriebsspannung zunimmt. Die höhere Temperaturfestigkeit kann einen stabilen Betrieb unter anspruchsvollen thermischen Bedingungen ermöglichen, wie sie in dicht bestückten Serverinstallationen auftreten.

Kompatibilität mit zukünftigen 800-VDC-Systemen
Die Einführung von 800-VDC-Stromversorgungsarchitekturen soll die Effizienz der Energieverteilung in zukünftigen KI-Infrastrukturen weiter steigern. In solchen Systemen beträgt die Spannung, die den Batteriepaketen innerhalb der BBUs zugeführt wird, etwa 560 V.

Da der SCT4013DLL für eine Spannung von 750 V ausgelegt ist, kann er auch in diesen Stromversorgungsarchitekturen der nächsten Generation eingesetzt werden. Dies bietet Herstellern von Backup-Stromversorgungssystemen eine gewisse Designkontinuität bei der Entwicklung von Lösungen für zukünftige KI-Serverplattformen und die übergeordnete digitale Lieferkette, die auf eine unterbrechungsfreie Rechenleistung angewiesen ist.

Rolle von SiC-Bauelementen in Hochleistungs-Backup-Systemen
HVDC-Stromversorgungssysteme für KI-Server erfordern Backup-Einheiten, die bei Betriebsstörungen sofort reagieren und gleichzeitig hohe Spannungen sowie große Stromstärken beherrschen können. Die in diesen Systemen eingesetzten Leistungshalbleiter müssen Spannungsfestigkeit, Schalteffizienz, thermische Leistung und Zuverlässigkeit in Einklang bringen.

SiC-MOSFETs werden zunehmend für solche Anwendungen bewertet, da sie bei höheren Spannungen und Temperaturen als konventionelle siliziumbasierte Alternativen betrieben werden können und gleichzeitig die Schaltverluste reduzieren. Diese Eigenschaften machen sie für die Leistungswandlung, Energiespeicherschnittstellen und Schutzschaltungen in der Automobil-Dateninfrastruktur sowie in Rechenzentren geeignet.

Strategie für Leistungshalbleiter
ROHM erklärte, sein Portfolio an SiC-, Galliumnitrid-(GaN)- und siliziumbasierten Leistungshalbleitern weiter auszubauen, um den steigenden Anforderungen von KI-Servern und Rechenzentren gerecht zu werden. Darüber hinaus entwickelt das Unternehmen integrierte Energieverwaltungslösungen, die Leistungshalbleiter mit analogen integrierten Schaltungen und weiteren Technologien kombinieren, um die Systemeffizienz zu verbessern.

Das eingesetzte Bauteil gehört zur EcoSiC-Produktfamilie des Unternehmens, die auf Siliziumkarbid-Technologie basiert. ROHM entwickelt die SiC-Fertigungstechnologien intern, einschließlich Waferherstellung, Prozessentwicklung, Gehäusetechnologien und Qualitätskontrolle, und betreibt eine integrierte Produktionsstruktur über mehrere Fertigungsstufen hinweg.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die in der ursprünglichen Pressemitteilung nicht enthalten waren.

Wettbewerber wie Infineon Technologies, Wolfspeed, onsemi, STMicroelectronics und Mitsubishi Electric bieten ebenfalls SiC-MOSFET-Portfolios für Anwendungen in der Energieumwandlung von Rechenzentren, industriellen Energiespeichern und Elektrofahrzeugen an.

Maximale Sperrschichttemperaturen von 175 °C sind bei industrietauglichen SiC-MOSFETs üblich, während siliziumbasierte Superjunction-MOSFETs in der Regel niedrigere Temperaturgrenzen aufweisen und bei vergleichbaren Hochspannungsanwendungen höhere Schaltverluste verursachen.

Der Übergang von herkömmlichen 48-V-Serverarchitekturen zu ±400-V- und zukünftigen 800-VDC-Architekturen soll die Stromstärken bei gleicher Leistungsaufnahme reduzieren. Dadurch werden Leitungsverluste verringert und die Gesamteffizienz der Stromverteilung verbessert. Da die Leistungsaufnahme von KI-Serverracks zunehmend mehrere zehn Kilowatt übersteigt, werden diese Hochspannungsarchitekturen zu einem wichtigen Faktor für die zukünftige Rechenzentrumsinfrastruktur.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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