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Diseñados para sistemas de 1 a 22 kW, los chips GaNSafe también cuentan con control de accionamiento de puerta protegido y regulado con una inductancia mínima de bucle de fuente de puerta para contener sobrepasos y reducir el riesgo de picos de voltaje dañinos. Al reducir la inductancia también es posible una conmutación fiable de alta frecuencia de hasta 2 MHz. Velocidades de conmutación más rápidas permiten el uso de transformadores, bobinas de choque, condensadores y otros componentes pasivos más pequeños en el sistema, lo que aumenta la densidad de potencia. GaN también aumenta la velocidad de encendido y apagado, limitando las pérdidas por conmutación.
Los circuitos integrados de potencia de GaN también ofrecen una protección contra cortocircuitos muy rápida. Para detectar rápidamente cortocircuitos potencialmente dañinos (también llamados «detección de desaturación»), los chips cuentan con lo que Navitas llama una función autónoma de «detección y protección», que permite que el circuito integrado de potencia detecte y responda a cortocircuitos sin ayuda externa. Esta característica permite tiempos de apagado de 50 ns o menos, dijo Navitas.
Las reacciones rápidas evitan que condiciones inusuales en la electrónica de potencia afecten al resto del sistema. «La seguridad en este contexto significa que no se corta el suministro eléctrico», afirmó Oliver. «Los centros de datos tienen que ver con la disponibilidad».
La interferencia electromagnética (EMI) es uno de los riesgos para cualquier sistema electrónico altamente confiable. Para prevenir esto de manera efectiva, Navitas dice que GaNSafe ofrece a los clientes la capacidad de controlar de manera precisa y dinámica las velocidades de encendido y apagado del circuito (dV/dt). La integración de resistencias y diodos programables en los pines de entrada y salida del IC de potencia GaN permite ajustes de velocidad dV/dt en tiempo real. Esto es fundamental para mitigar picos de voltaje no deseados que pueden violar las especificaciones EMI.
No te olvides de las fuentes de alimentación del centro de datos
El paquete TOLL es superior en términos de durabilidad mecánica y disipación de calor. Navitas dice que el nuevo paquete brinda a sus circuitos integrados de potencia GaN un rendimiento más sólido en comparación con los módulos multichip (MCM), que requieren tres veces más conexiones y luchan por mantenerse fríos. El paquete TOLL también viene con una almohadilla de cobre más grande y gruesa para optimizar la disipación del calor.
Si bien el paquete TOLL es fácil de enfriar en comparación con un QFN estándar, la alta eficiencia del GaN también disipa el calor. «Por cada vatio de energía quemado en el camino desde la fuente de alimentación hasta el procesador, ese es otro vatio que debes evitar mediante el aire acondicionado», dijo Oliver. La regla general en los centros de datos, enfatizó, es que por cada dólar que se gasta en energía para un procesador, se gasta otro dólar en enfriar el sistema.
Si bien es fácil pasar por alto el poder en sí, incluso las pequeñas eficiencias en la conversión de energía se suman para los hiperescaladores cuando el proceso ocurre con tanta frecuencia como en los centros de datos. Debido a que sus rápidas velocidades de conmutación reducen el área, el peso y el costo de los elementos pasivos en una fuente de alimentación, Navitas estima que sus nuevos circuitos integrados de potencia GaN ahorran un 5 % del costo de la etapa LLC, además de más de $60 en ahorros de energía por fuente de alimentación. tres años.
Aunque no son necesarios, los FET de potencia de GaN suelen combinarse con las últimas topologías de energía. Esto incluye la topología PFC de tótem anidado LLC de puente completo CCM utilizada en el último diseño de referencia del servidor de 3,2 kW de Navitas: el CRPS185. En este caso, la fuente de alimentación redundante común (CRPS) es un factor de forma estándar definido por Open Compute Project (OCP), que incluye empresas como Dell, Google, Intel, Meta y Microsoft.
Según Navitas, el diseño de la fuente de alimentación aprovecha la familia GaNSafe de circuitos integrados de potencia para empaquetar 3200 W de potencia en un solo paquete plateado que mide 40 x 73,5 x 185 mm, entregando casi 100 W/pulg.3 la densidad de potencia.
Todo lo que hay dentro de la fuente de alimentación está comprimido en un área un 40% más pequeña que el silicio tradicional, y logra más del 96,5% de eficiencia con una carga del 30% y un 96% de estiramiento con una carga del 20% al 60%, mejor que el punto de referencia «Titán».
“Cuanto menos espacio ocupa una fuente de alimentación, más espacio tiene [the hyperscalers] «Tengo que ocuparme de la computadora y los chips de memoria en el servidor y el bastidor», dijo Oliver. «Si no se pasa a las tecnologías GaN, en última instancia no podrá colocar tantos procesadores como desee en cada rack de servidores».
A pesar de sus ventajas sobre el silicio, la actualización a fuentes de alimentación de GaN no es una panacea para los desafíos de alimentar chips de IA, que requieren muchos más cambios en toda la red de suministro de energía (PDN).
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