مع الموجة الهائلة من النمذجة واسعة النطاق التي تقودها منصة OpenAI، تشهد مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الجديدة، التي تتجلى في بنية Blackwell من NVIDIA، انتشارًا متسارعًا. ويفرض هذا التوسع العالمي في البنية التحتية للحوسبة متطلبات بالغة الصرامة على أداء الإنتاجية، واستقرار البيئة في الظروف القاسية، وأمن البيانات لمحركات الأقراص الصلبة SSD من نوع PCIe 5.0/6.0 المخصصة للمؤسسات.
في بيئات التحميل العالي مع عمليات القراءة/الكتابة المستمرة بسرعات جيجابت، تشهد دوائر حماية انقطاع الطاقة (PLP)، باعتبارها خط الدفاع الأخير لتخزين البيانات، قفزة نوعية من "المستوى الصناعي" إلى "مستوى الحوسبة". ويكمن جوهر ذلك في بنك مكثفات PLP، المتصل مباشرة بالتوازي مع مدخل الطاقة لوحدة تحكم SSD وذاكرة NAND flash، والذي يعمل كمخزون طاقة احتياطي في حالة انقطاع التيار الكهربائي غير الطبيعي.
التحديات الأساسية: القيود المزدوجة لحمل الذكاء الاصطناعي على مكثفات PLP
عند تصميم الجيل التالي من محركات الأقراص الصلبة فائقة السعة من فئة المؤسسات (باستخدام عوامل الشكل E1.L أو U.2) لخوادم تدريب الذكاء الاصطناعي، يواجه تصميم دائرة PLP تحديين رئيسيين:
1. التحدي الأساسي للأداء: كيف يمكن تحقيق احتفاظ سريع وطويل الأمد بالطاقة في مساحة محدودة؟
يرتبط هذا التحدي بشكل مباشر بإمكانية الحفاظ على البيانات بشكل آمن في حالة انقطاع التيار الكهربائي، ويشمل ثلاثة أبعاد مترابطة بشكل وثيق:
عنق الزجاجة في السعة (كثافة الطاقة): تتميز محركات الأقراص الصلبة SSD المخصصة للمؤسسات بصغر حجمها الداخلي. ووفقًا لبيانات الصناعة المتاحة للجمهور، فإن العديد من حلول المكثفات الإلكتروليتية التقليدية المصنوعة من الألومنيوم محدودة بسبب المواد والعمليات، مما يؤدي إلى سعة محدودة في الأحجام القياسية (مثل 12.5 × 30 مم)، مما يجعل من الصعب تخزين طاقة كافية لكتابة بيانات بحجم تيرابايت ضمن مساحة معينة.
قلق العمر الافتراضي (تحمل درجات الحرارة العالية): تعمل خوادم الذكاء الاصطناعي على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، وغالبًا ما تتجاوز درجات الحرارة المحيطة 80 درجة مئوية. قد لا يتوافق العمر الافتراضي للمكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم التقليدية، بسبب تبخر الإلكتروليت وتقادم المادة تحت درجات الحرارة العالية لفترات طويلة، مع متطلبات الضمان التي تزيد عن 5 سنوات لمحركات الأقراص الصلبة SSD، مما يؤدي إلى مخاطر أعطال خفية.
**استجابة الصدمات (مقاومة الصدمات):** نافذة الحماية من انقطاع التيار الكهربائي لعمليات القراءة/الكتابة بسرعة 10 جيجابت لا تتجاوز بضعة أجزاء من الألف من الثانية. إذا كانت المقاومة التسلسلية المكافئة (ESR) لمكثف إلكتروليتي ألومنيوم تقليدي مرتفعة للغاية، فلن تكون سرعة تفريغه كافية لتلبية ذروة التيار المطلوبة بشكل فوري، مما يتسبب مباشرة في انقطاعات وتلف البيانات أثناء عملية الكتابة.
2. تحديات التكيف البيئي: كيف يمكن التغلب على حدود درجة الحرارة وتوسيع نطاق نشر تخزين الذكاء الاصطناعي؟
مع توسع نطاق قدرة الحوسبة للذكاء الاصطناعي لتشمل الحوسبة الطرفية، بات من الضروري نشر أجهزة التخزين في بيئات قاسية مثل محطات البث والمركبات والمصانع. وهذا يفرض متطلبات "وصول بيئي" مستقلة على المكثفات.
**ضيق نطاق درجة الحرارة:** لا يكفي نطاق درجة حرارة تشغيل المكثفات التقليدية (عادةً من -40 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية) لتغطية البيئات شديدة البرودة والحرارة. ففي درجات الحرارة الخارجية المتجمدة التي تقل عن -40 درجة مئوية، قد يتصلب الإلكتروليت، مما يؤدي إلى تعطل المكثف؛ وفي ظل التعرض المستمر لدرجات حرارة عالية، سينخفض عمر المكثف بشكل كبير، مما يحد من استخدامه في العديد من الظروف القاسية.
التحليل الفني: مزايا YMIN رباعية الأبعاد في مكثفات الألومنيوم الإلكتروليتية عالية الأداء
وانطلاقاً من معالجة نقاط الضعف المذكورة أعلاه، اقترحت شركة YMIN حلاً رباعي الأبعاد يتمحور حول كثافة السعة العالية من خلال ابتكار نظام المواد والعمليات.
الميزة الأساسية 1: كثافة طاقة عالية (أساس التصميم الرئيسي)
في دوائر PLP، يجب أن تعمل المكثفات على زيادة تخزين الطاقة إلى أقصى حد ضمن مساحة محدودة على لوحة الدوائر المطبوعة.
طفرة تكنولوجية: تستخدم سلسلة LKM من YMIN تقنية رقائق الأقطاب الكهربائية عالية الكثافة لزيادة السعة المقدرة من 3000 ميكروفاراد المعيار الصناعي إلى 3300 ميكروفاراد ضمن حجم قياسي 12.5 × 30 مم.
مزايا التصميم: مع نفس الأبعاد المادية، فإن زيادة السعة تزيد عن 10٪، مما يوفر هامش أمان أكبر لحماية انقطاع التيار الكهربائي في ذاكرة فلاش NAND فائقة السعة.
| الشكل 1: مقارنة بين حل YMIN والمعيار الصناعي (بعد السعة) | |||
| بُعد المقارنة (السعة) | معيار الصناعة | حلول YMIN | ميزة الأداء |
| المواصفات الأساسية | 12.5×30 مم، 35 فولت | 12.5×30 مم، 35 فولت | أبعاد مادية متطابقة |
| السعة المقدرة | -3000 ميكروفاراد | ≥3300 ميكروفاراد | زيادة في الطاقة الإنتاجية بنسبة تزيد عن 10% |
| التنفيذ التقني | المواد والعمليات التقليدية | رقائق أقطاب كهربائية عالية الكثافة وعملية متطورة | كثافة طاقة أعلى بكثير |
| استغلال المساحة | معيار | تخزين طاقة فائق وأكبر لكل وحدة حجم | يسهل التصميم المدمج |
| الأداء | معيار | أقوى، يوفر وقت حماية أطول عند انقطاع التيار الكهربائي | تم تعزيز موثوقية النظام |
الميزة الأساسية الثانية: مقاومة عالية للحرارة وعمر افتراضي طويل (يُضاهي موثوقية الشركات الكبرى)
التشغيل طويل الأمد: تحقق سلسلة LKM عمرًا افتراضيًا طويلًا للغاية يصل إلى 10000 ساعة عند درجة حرارة 105 درجة مئوية، أي أكثر من ضعف عمر الحلول التقليدية، مما يتوافق تمامًا مع فترة ضمان محركات الأقراص الصلبة ذات الفئة المؤسسية.
موثوقية عالية للغاية: انخفض معدل فشلها (FIT) من حوالي 50٪ إلى أقل من 10٪ (وهو أعلى من معايير السيارات)، مما يضمن تخزين طاقة مستقر للغاية طوال فترة حياتها.
| الشكل 2: حل YMIN مقابل المعيار الصناعي (بعد العمر الافتراضي) | |||
| الخاصية (مدى الحياة) | مستوى المكثف القياسي | حلول YMIN | ميزة الأداء |
| عمر افتراضي طويل في درجات الحرارة العالية | 5000 ساعة عند درجة حرارة 105 درجة مئوية | 10000 ساعة عند درجة حرارة 105 درجة مئوية | ازداد العمر الافتراضي بأكثر من الضعف، وهو ما يتوافق تمامًا مع فترة ضمان محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD) لمدة 5 سنوات، مما يضمن عدم وجود أي قلق بشأن الصيانة. |
| استقرار القدرة الإنتاجية | التوهين السريع عند درجات الحرارة العالية | الاحتفاظ بالسعة >95% عند درجات الحرارة العالية | يضمن تخزينًا مستقرًا للطاقة طوال دورة الحياة، مما يمنع فشل الحماية من انقطاع التيار الكهربائي بسبب انخفاض السعة. |
| موثوقية عالية في درجات الحرارة المرتفعة | تذبذب ملحوظ في الأداء فوق 85 درجة مئوية | مستقر ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية/135 درجة مئوية | يتعامل بكفاءة مع بيئات درجات الحرارة العالية للغاية داخل الخوادم وعلى الحافة، مما يوسع حدود التطبيق. |
| معدل الفشل (FIT) | -50 مناسب | <10 FIT (أعلى من معايير السيارات) | انخفض معدل الفشل بأكثر من 80%، مما يوفر موثوقية يمكن التنبؤ بها لعمليات النشر على نطاق ملايين الوحدات. |
الميزة الأساسية الثالثة: مقاومة الصدمات والاستجابة السريعة (ضمان إمداد فوري بالطاقة)
مقاومة ESR منخفضة للغاية: من خلال تحسين الإلكتروليت عالي التوصيل، خفضت YMIN مقاومة ESR إلى 25 ملي أوم (تحسن بنسبة >28٪ مقارنة بمعيار الصناعة البالغ 35 ملي أوم).
قدرة الاستجابة: تضمن المقاومة الداخلية المنخفضة إطلاق الطاقة بسرعة خلال فترة زمنية قصيرة جدًا، مما يمنع بشكل فعال انخفاض الجهد أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
| الشكل 3: حل YMIN مقابل المعيار الصناعي (بعد ESR) | |||
| بُعد المقارنة | معيار الصناعة | حلول YMIN | ميزة الأداء |
| المواصفات الأساسية (ESR) | -35 ملي أوم | ≤25 ملي أوم | تحسن بنسبة تزيد عن 28% |
| التنفيذ التقني | المواد والتصميم التقليدي | نظام مواد متطور وعملية دقيقة | - |
| كفاءة التفريغ | المعيار | أعلى بكثير | - |
| الفقد الحراري | المعيار | انخفاض ملحوظ | - |
الميزة الأساسية الرابعة: نطاق واسع لدرجة الحرارة (قابلية التكيف البيئي للحوسبة الطرفية)
نطاق درجة حرارة واسع للغاية: تتميز سلسلة YMIN LKL(R) بنطاق تشغيل من -55 درجة مئوية إلى +135 درجة مئوية، وهو ما يتجاوز بكثير نطاق المكثفات التقليدية.
بدء التشغيل في درجات الحرارة المنخفضة: باستخدام تركيبة إلكتروليت خاصة بدرجات الحرارة المنخفضة، فإنه يضمن تغييرًا سلسًا في مقاومة ESR حتى في درجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى -55 درجة مئوية، مما يضمن بدء التشغيل الفوري للنظام وسلامة التفريغ في البيئات شديدة البرودة.
| الشكل 4: مقارنة بين حل YMIN والمعيار الصناعي (بعد درجة الحرارة) | |||
| الخاصية (درجة الحرارة) | مستوى المكثف القياسي | حلول YMIN | ميزة الأداء |
| نطاق درجة حرارة التشغيل | -40 درجة مئوية ~ +105 درجة مئوية | -55 درجة مئوية ~ 135 درجة مئوية | تم توسيع الحدود العليا والسفلى بشكل كبير، لتغطية سيناريوهات التطبيق القصوى. |
| عمر افتراضي طويل في درجات الحرارة العالية (135 درجة مئوية) | 1000 – 2000 ساعة | ≥6000 ساعة | ازداد العمر الافتراضي بأكثر من 3 أضعاف، ليطابق دورة الحياة الكاملة لمحركات الأقراص الصلبة SSD. |
| أداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة (-55 درجة مئوية) | يزداد معدل مقاومة الخلايا الكهروستاتيكية بشكل حاد، ويتدهور الأداء بشكل ملحوظ. | تتغير مقاومة نظام ESR بشكل تدريجي، مما يحافظ على إمكانية بدء التشغيل الفوري. | يحل هذا النظام مشكلة بدء التشغيل البارد، مما يضمن أمان البيانات للأجهزة الطرفية. |
| موثوقية دورة درجة الحرارة | الاختبارات القياسية | يجتاز اختبارات صارمة في درجات حرارة تتراوح بين -55 درجة مئوية و 135 درجة مئوية | لا تتأثر بالصدمات الحرارية، وتتكيف مع التقلبات البيئية القاسية. |
أسئلة وأجوبة العملاء
س: لماذا يجب إعطاء الأولوية لـ "كثافة السعة" عند اختيار مكثفات الحماية من فقدان الطاقة لمحركات الأقراص الصلبة PCIe 5.0؟
ج: السبب الرئيسي هو أن كمية البيانات التي يجب كتابتها مرة أخرى إلى ذاكرة NAND الفلاشية في محركات الأقراص الصلبة ذات السعة الكبيرة (مثل 8 تيرابايت فأكثر) تزداد بشكل كبير أثناء انقطاع التيار الكهربائي، في حين أن المساحة الفعلية على اللوحة محدودة للغاية. تتميز مكثفات الألومنيوم السائل الإلكتروليتية العادية بكفاءة تخزين طاقة منخفضة بسبب قيود السعة المحددة لرقائق الأقطاب الكهربائية التقليدية؛ لذا يُفضل استخدام مكثفات سلسلة YMIN LKM، لأنها توفر تحسينًا في السعة يزيد عن 10% لنفس الحجم، مما يوفر فائضًا كافيًا في طاقة النسخ الاحتياطي للنظام دون تغيير التصميم الحالي.
س2: لماذا ينبغي على خوادم الذكاء الاصطناعي مراعاة خاصية "نطاق درجة الحرارة الواسع" للمكثفات؟
ج٢: عند نشر قدرات الحوسبة والتخزين الخاصة بالذكاء الاصطناعي على الحافة (كما هو الحال في المركبات أو محطات البث الخارجية)، ستتعرض المعدات لدرجات حرارة قصوى تتراوح بين أقل من -30 درجة مئوية وأكثر من 70 درجة مئوية. في ظل هذه الظروف، ستعاني المكثفات العادية من تدهور حاد في الأداء، مما يؤدي إلى فشل نظام الحماية من انقطاع التيار الكهربائي. لذلك، عند اختيار المكثفات لخوادم الذكاء الاصطناعي الطرفية هذه، يجب تقييم قدرتها على تحمل نطاق واسع من درجات الحرارة. وقد صُممت سلسلة YMIN LKL (-55 درجة مئوية ~ 135 درجة مئوية) خصيصًا لهذا الغرض.
دليل الاختيار: مطابقة دقيقة لسيناريوه الخاص بك
السيناريو أ: خوادم الذكاء الاصطناعي ومحركات الأقراص الصلبة الأساسية لمركز البيانات
التحديات الرئيسية: المساحة محدودة للغاية، مما يتطلب من المكثفات توفير أقصى قدر من تخزين الطاقة، وأطول عمر افتراضي، وأسرع سرعة تفريغ ضمن تصميم مضغوط.
الحل الموصى به: سلسلة YMIN LKM (ذات السعة العالية)، الطراز النموذجي 35 فولت 3300 ميكروفاراد (12.5×30 مم). توفر هذه السلسلة تحسينًا في السعة يزيد عن 10% لنفس الحجم، ومقاومة داخلية مكافئة (ESR) ≤ 25 ملي أوم، وعمرًا افتراضيًا يصل إلى 10000 ساعة عند 105 درجة مئوية، مما يوفر حلاً متكاملاً يلبي المتطلبات القصوى لتخزين الطاقة الحاسوبية الأساسية من حيث الكثافة والعمر الافتراضي والسرعة.
السيناريو ب: الحوسبة الطرفية، وتخزين محطات القاعدة المثبتة على المركبات والخارجية
التحديات الرئيسية: درجات الحرارة البيئية القصوى (من -55 درجة مئوية إلى 135 درجة مئوية)، مما يتطلب من المكثفات أن تعمل بشكل مستقر وموثوق عبر نطاق درجة الحرارة بأكمله.
الحل الموصى به: سلسلة YMIN LKL® (نطاق درجة حرارة واسع للغاية)، النموذج النموذجي 35 فولت 2200 ميكروفاراد (10×30 مم). يغطي نطاق درجة حرارة التشغيل من -55 درجة مئوية إلى 135 درجة مئوية، ويضمن إلكتروليت خاص مقاومة داخلية ثابتة حتى في الظروف شديدة البرودة، مما يوفر تكيفًا بيئيًا موثوقًا لتخزين الذكاء الاصطناعي على الحافة.
نظرة عامة على التكنولوجيا الهيكلية
لتسهيل استرجاع التكنولوجيا وتقييم الحلول، تم تلخيص المعلومات الأساسية لهذه الوثيقة على النحو التالي:
السيناريوهات الأساسية: محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) من فئة المؤسسات باستخدام عامل الشكل E1.L/U.2 PCIe 5.0/6.0، المستخدمة في خوادم تدريب الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات عالية الأداء (السيناريوهات الأساسية). أجهزة تخزين ذات نطاق واسع من درجات الحرارة يتم نشرها في عقد الحوسبة الطرفية، وأنظمة المركبات الذكية، ومحطات الاتصالات الخارجية (السيناريوهات الموسعة).
المزايا الأساسية لحل YMIN:
كثافة سعة عالية: توفر سلسلة LKM سعة ≥3300 ميكروفاراد في حجم قياسي 12.5 × 30 مم، وهو تحسن بنسبة >10٪ مقارنة بالمنتجات التقليدية من نفس الحجم.
مقاومة درجات الحرارة العالية وعمر افتراضي طويل: عمر افتراضي ≥ 10000 ساعة عند 105 درجة مئوية، معدل الفشل < 10 FIT، مما يلبي متطلبات التشغيل الموثوق به على المدى الطويل.
مقاومة الصدمات والاستجابة السريعة: ESR ≤ 25mΩ، مما يضمن إطلاق الطاقة بسرعة خلال نافذة إيقاف التشغيل على مستوى الميلي ثانية.
نطاق درجة حرارة واسع للغاية: تعمل سلسلة LKL(R) من -55 درجة مئوية إلى 135 درجة مئوية، متغلبة على تحدي تصلب الإلكتروليت في درجات الحرارة المنخفضة.
نماذج التقييم الموصى بها:
سلسلة YMIN LKM: مناسبة لسيناريوهات التخزين الأساسية في مراكز البيانات التي تعطي الأولوية لأقصى استخدام للمساحة والموثوقية على المدى الطويل. النموذج النموذجي: 35 فولت 3300 ميكروفاراد (12.5 × 30 مم).
سلسلة YMIN LKL®: مناسبة لتطبيقات الحوسبة الطرفية وتخزين البيانات في السيارات التي تتطلب التعامل مع تحديات درجات الحرارة القصوى. النموذج النموذجي: 35 فولت 2200 ميكروفاراد (10×30 مم، درجة حرارة التشغيل من -55 درجة مئوية إلى 135 درجة مئوية).
للحصول على المواصفات التفصيلية لسلسلة YMIN LKM/LKL(R) أو لطلب عينات هندسية، يرجى الاتصال بالفريق الفني لشركة YMIN من خلال موقع YMIN Electronics الإلكتروني.
تاريخ النشر: 12 يناير 2026