Новый чип может резко сократить энергопотери в дата-центрах

Новый чип для понижающего DC-DC преобразования показан рядом с одноцентовой монетой США для масштаба. Автор: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего представили новый дизайн чипа, который может сделать питание графических процессоров (GPU) в дата-центрах более эффективным. Прототип чипа успешно преобразовывал высокое напряжение в низкое с высокой эффективностью в условиях, имитирующих современные дата-центры.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, предлагает улучшенную версию широко используемого компонента — понижающего DC-DC преобразователя. В дата-центрах электричество часто распределяется при 48 вольтах, в то время как GPU требуют напряжения от 1 до 5 вольт. Эффективное управление таким большим перепадом напряжения становится всё сложнее.

Традиционные преобразователи, использующие магнитные компоненты (индукторы), приближаются к пределу своих возможностей. «Мы настолько хорошо научились проектировать индуктивные преобразователи, что для них практически не осталось места для улучшений, чтобы удовлетворить будущие потребности», — заявил старший автор исследования Патрик Мерсье.

Чтобы преодолеть эти ограничения, команда исследовала подход с использованием пьезоэлектрических резонаторов — устройств, которые накапливают и передают энергию через механические вибрации, а не магнитные поля. Такие преобразователи потенциально могут быть меньше, эффективнее и проще в массовом производстве.

Однако ранние версии пьезоэлектрических преобразователей плохо справлялись с большими перепадами напряжения. Для решения этой проблемы исследователи создали гибридный преобразователь, сочетающий пьезоэлектрический резонатор с небольшими коммерческими конденсаторами в специальной конфигурации.

Прототип чипа успешно преобразовал 48 вольт до 4,8 вольт с пиковой эффективностью 96,2% и обеспечил примерно в четыре раза больший выходной ток, чем предыдущие пьезоэлектрические конструкции.

Технология всё ещё находится на ранней стадии разработки. Одна из проблем — физическая вибрация пьезоэлектрических резонаторов, которая не позволяет припаивать их к платам стандартными методами. «Пьезоэлектрические преобразователи ещё не готовы заменить существующие технологии, но они предлагают траекторию для улучшения», — добавил Мерсье.

ИИ: В 2026 году проблема энергоэффективности дата-центров стоит как никогда остро, особенно с ростом нагрузок от ИИ. Это исследование — многообещающий шаг к решению фундаментальной проблемы преобразования энергии, хотя до коммерческого внедрения, вероятно, пройдёт ещё несколько лет.