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Kleinere Komponenten könnten große Einsparungen für Rechenzentren bedeuten: Forscher von Princeton und MIT haben einen Weg gefunden, den Stromverbrauch von Rechenzentren erheblich zu senken und gleichzeitig eine wichtige elektronische Komponente viel kleiner zu machen

Die Komponente, Stromwandler genannt, ändert den Stromfluss, um ihn an die Bedürfnisse einzelner Computerteile anzupassen. Alle Computer benötigen Konverter zur Stromversorgung, Die Forscher konzentrieren sich jedoch auf diejenigen, die in Rechenzentren arbeiten. In Veröffentlichungen dieses Jahr und vergangenes Jahr in IEEE-Transaktionen zur Leistungselektronik, Die Forscher beschreiben zwei Aspekte eines neuen Ansatzes zur Konstruktion von Leistungswandlern, die ihre Größe verringern und gleichzeitig die Energieeffizienz erhöhen.

„Jede Kilowattstunde Strom, die für Rechenzentren erzeugt wird, durchläuft mehrere Stufen dieser Konverter,“, sagte Princeton Minjie Chen, Assistant Professor für Elektrotechnik und das Andlinger Zentrum für Energie und Umwelt, und der Hauptautor der beiden Papiere. „Die Verbesserung ihrer Effizienz und die Verringerung ihrer Größe bedeutet, dass die Rechenzentren kleiner und leistungsfähiger werden können, während sie bei gleichem Bedarf weniger Strom verbrauchen.“

Zur Zeit, Konverter sind entweder einstufig oder mehrstufig. Die einstufigen Versionen sind billig herzustellen, aber weniger anspruchsvoll und werden nicht für Hochleistungssysteme wie Rechenzentren verwendet. Mehrstufige Versionen bieten eine bessere Leistung, aber ihre Komplexität macht sie teurer und schwieriger zu bauen.

Auf der rechten Seite dieses Geräts befinden sich vier Zellenpaare in modularer Anordnung, Dies ist nur ein Beispiel für den neuen Ansatz zur Konstruktion von Leistungswandlern. Foto: Frank Wojciechowski

Chens Ansatz kombiniert die beiden Versionen zu einem neuen Typ namens Merged Multi-Stage Power Converter. Der neue Ansatz behält die Leistung des mehrstufigen Wandlers bei, ist aber kostengünstiger und energieeffizienter. Dieser Ansatz verwendet eine modulare Entwurfsmethode mit rekonfigurierbaren Teilen, Dadurch können die Konverter sowohl physisch kleiner als auch elektronisch ausgefeilter als die älteren Versionen sein.

Falls angenommen, Rechenzentren könnten die dreifache Anzahl an Servern auf einer gegebenen Fläche unterbringen. Und die Forscher schätzen, dass ihre Technologie die Energieverschwendung verringern würde 25 Prozent im Vergleich zu führenden kommerziellen Geräten. Eine breite Annahme des vorgeschlagenen Systems durch Rechenzentren könnte mehr als einsparen $500 Millionen jährlich in den USA. Stromverbrauch. In Bezug auf den Verbrauch fossiler Brennstoffe, dieselbe Zahl stellt das Äquivalent zum Nehmen dar 1 Millionen Autos pro Jahr von der Straße.

Um das Konzept aus dem Labor in die Industrie zu übertragen, müssen Ingenieure eine neue Reihe von Werkzeugen und Konzepten erlernen, die auf den einzigartigen Design- und Steuerungsmethoden der Technologie basieren. „Unsere Designmethode unterscheidet sich erheblich von dem, was Unternehmen kennen,“, sagte Chen.

Immer noch, Chen stellt sich eine Zukunft vor, in der sein Ansatz zu Leistungswandlern führt, die mit Software für jede beliebige Verwendung programmiert werden können – eine einzelne Einheit, die für die Verwendung mit Solarmodulen umprogrammiert werden kann, Serverfarmen oder Elektrofahrzeuge. Das langfristige Ziel, Er sagte, es sei „Hardware, die viel Flexibilität bei der Energieverwaltung zulässt“.

Andere Forscher auf dem Papier sind Khurram Afridi, Universität von Colorado, Felsblock (jetzt an der Cornell University); Sombuddha Chakraborty, Texas-Instrumente; und David Perreault, Massachusetts Institute of Technology. Die beiden Papiere gewannen den ersten und zweiten Platz bei den Papierpreisen der IEEE Power Electronics Society im 2017 und 2018, beziehungsweise.


Quelle: www.princeton.edu, von Scott Lyon

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