Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Moderne KI-Server stellen extreme Anforderungen an das Power-Delivery-Network (PDN) von CPUs und GPUs. Lastsprünge erfolgen im Bereich von wenigen zehn Nanosekunden, während Mehrphasen-Wandler gleichzeitig Störungen im MHz-Frequenzbereich erzeugen. Kann das PDN nicht schnell genug reagieren, entstehen Spannungseinbrüche und hochfrequentes Rauschen, die die Systemstabilität beeinträchtigen.

In diesen Zeitbereichen kann der Spannungsregler selbst nicht unmittelbar nachregeln. Die erste Reaktionsinstanz ist der lokal platzierte Entkopplungskondensator. Seine elektrischen Eigenschaften bestimmen, ob transiente Ströme zuverlässig geliefert und hochfrequente Störungen wirksam gedämpft werden.

Für die Stabilisierung von Nanosekunden-Lastsprüngen ist ein extrem niedriger ESR entscheidend. Kondensatoren mit ESR-Werten oberhalb weniger Milliohm reagieren zu träge. In typischen KI-Server-Designs werden daher Polymer- oder Hybridkondensatoren mit einem ESR von etwa 2–3 mΩ eingesetzt, um Spannungseinbrüche an CPU- und GPU-Versorgungen zu vermeiden.

Ebenso wichtig ist das Impedanzverhalten im MHz-Bereich. Der Kondensator muss über einen breiten Frequenzbereich eine niedrige Impedanz aufweisen, um Schaltstörungen aus dem VRM effektiv zu filtern und Störeinflüsse auf Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie PCIe oder DDR zu reduzieren.

Da KI-Server im Dauerbetrieb arbeiten, spielt auch die thermische Zuverlässigkeit eine zentrale Rolle. Geeignete Kondensatoren sind typischerweise für einen Temperaturbereich von −55 °C bis +105 °C ausgelegt, mit einer Nennlebensdauer von rund 2.000 Stunden bei 105 °C. Eine hohe Ripple-Strom-Festigkeit von über 10 A trägt zusätzlich zur Langzeitstabilität bei.

Damit sind Kondensatoren im PDN moderner KI-Server keine passiven Standardbauteile mehr. Ihre ESR-Werte, Frequenzcharakteristik, Ripple-Strom-Belastbarkeit und Temperaturfestigkeit entscheiden maßgeblich über die Power-Integrity und die Zuverlässigkeit leistungsstarker KI-Systeme.

Quellenlink: https://www.ymin.cn/news/breaking-the-power-supply-dilemma-for-ai-server-cpusgpus-how-to-stabilize-nanosecond-level-transient-currents-how-to-filter-mhz-noise/

Autor: Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. （https://www.ymin.cn/)

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