Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Ein praxisnaher Leitfaden für zuverlässige Power-Loss-Protection

In modernen AI-Servern sind SSDs zentrale Komponenten für Datenzugriff, Training und Inferenzprozesse. Mit dem Übergang zu Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen wie PCIe 5.0/6.0 steigen die Leistungsanforderungen und auch die momentanen Strombedarfe deutlich. Unter solchen Bedingungen kann es bei einem unerwarteten Stromausfall zu Datenverlust, Firmware-Beschädigung oder Systemabstürzen kommen, wenn die Energie-Pufferung nicht optimal ausgelegt ist. Daher spielen Power-Loss-Protection (PLP)-Kondensatoren eine entscheidende Rolle für Zuverlässigkeit und Systemstabilität.

Warum die Kondensator-Auswahl für SSDs entscheidend ist

PLP-Kondensatoren müssen im Millisekunden-Bereich gespeicherte Energie abgeben, um einen sicheren Schreibvorgang auf NAND-Flash während eines plötzlichen Stromausfalls zu ermöglichen. Hohe ESR-Werte (Equivalent Series Resistance) führen zu Spannungseinbrüchen während der Entladung und können Schreibfehler verursachen. Gleichzeitig müssen Kondensatoren kompakt sein, da SSDs wie M.2-Module strenge Bauhöhen-Limits haben.

Kondensatoren im Vergleich — Grundlagen

1. Polymer-Tantal-Elektrolytkondensatoren

• Nutzen einen leitfähigen Polymer-Elektrolyten und eine Tantal-Kathode.
• Bieten extrem niedrige ESR-Werte, hohe Temperatur- und Frequenzstabilität sowie lange Lebensdauer.
• Besonders geeignet, wenn geringe Bauhöhe, hoher Energiegehalt und langlebiger Betrieb ohne Kapazitätsverlust gefragt sind.
• Ideal für ultra-dünne SSD-Boards oder Hochlast-AI-Anwendungen.

Vorteile:

✔ Sehr geringe ESR-Werte

✔ Stabil über Temperatur und Frequenz

✔ Hervorragend für schnelle Lastwechsel

Nachteile:

✖ Höhere Kosten im Vergleich zu konventionellen Aluminium-Elektrolyten

2. Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolytkondensatoren

• Kombinieren feste Polymer-Anteile mit einem Flüssig-Polymer-Elektrolyten.
• Bieten eine Mischung aus Polymer- und Aluminium-Elektrolyt-Eigenschaften.

Stärken:

✔ Niedrigere Kosten als reine Polymertypen

✔ Gute Temperatur- und Frequenzstabilität

✔ „Open-Circuit“-Versagensmodus – sicherer im Ausfallfall

Schwächen:

✖ ESR ist etwas höher als bei reinen Polymer-Kondensatoren, bleibt aber niedrig

3. Multilayer-Keramikkondensatoren (MLCC)

Während MLCCs hervorragende Hochfrequenz-Unterstützung bieten, erreichen sie nicht immer die benötigte Energie-Pufferspeicher-Kapazität, die für PLP-Funktionalitäten in SSDs erforderlich ist. Deshalb werden sie meist in Kombination mit Elektrolyt- oder Polymer-Typen eingesetzt, nicht als alleinige Lösung.

Anwendungstipps für AI-Server-SSDs

Kompakte M.2-SSDs

• Durch begrenzte Bauhöhe (z. B. ≤ 1,9 mm) empfiehlt sich die Wahl von ultradünnen Polymer-Tantal-Kondensatoren, da sie ein bis zu doppelt so hohes CV-Produkt (Kapazität pro Volumen) bieten.

Enterprise- und Hochleistungs-SSDs

• Für Server mit hohem Datenaufkommen und wo Kosteneffizienz entscheidend ist, eignen sich polymer-hybride Aluminium-Kondensatoren sehr gut. Sie bieten ein gutes Verhältnis aus Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Preis.

Sicherheit bei Ausfall

• Polymer-Hybride haben „Open-Circuit“ als Versagensmodus, was in kritischen Anwendungen ein Sicherheitsplus bedeutet – das System fällt aus, statt potenziell andere Komponenten zu beschädigen.

Fazit

Für PLP-Anwendungen in AI-Server-SSDs gibt es keine Einheitslösung. Die Wahl hängt stark von Ihrer Zielsetzung ab:

🔹 Höchste Leistung & höchste Zuverlässigkeit: Polymer-Tantal-Kondensatoren

🔹 Bestes Preis-/Leistungs-Verhältnis mit guter Sicherheit: Polymer-Hybrid-Aluminium-Kondensatoren

Eine kluge Auswahl der Kondensatoren verbessert nicht nur die Energie-Pufferung bei Stromausfällen, sondern trägt auch zur allgemeinen Systemstabilität und Lebensdauer moderner AI-Infrastrukturen bei.

Quellenlink: https://www.ymin.cn/news/how-to-choose-the-most-suitable-plp-capacitor-for-ai-server-ssds-a-comprehensive-analysis-of-conductive-polymer-tantalum-electrolytic-capacitors-and-solid-liquid-hybrid-aluminum-electrolytic-capacito/

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

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