Wie wählt man den richtigen PLP-Kondensator bei der Entwicklung der nächsten Generation von KI-SSDs aus?

Angesichts der massiven Welle groß angelegter Modellierungen durch OpenAI erleben neue KI-Rechenzentren, wie beispielsweise die Blackwell-Architektur von NVIDIA, einen explosionsartigen Ausbau. Diese globale Expansion der Recheninfrastruktur stellt beispiellos hohe Anforderungen an die Durchsatzleistung, extreme Stabilität und Datensicherheit von PCIe 5.0/6.0-SSDs der Enterprise-Klasse.

In Umgebungen mit hoher Auslastung und kontinuierlichen Lese-/Schreibvorgängen im Gigabit-Bereich erleben PLP-Schaltungen (Power Loss Protection) als letzte Verteidigungslinie für Datenspeicher einen Qualitätssprung von „Industriequalität“ zu „Computerqualität“. Kernstück ist die PLP-Kondensatorbank, die direkt parallel zum Stromeingang des SSD-Controllers und des NAND-Flash-Speichers geschaltet ist und im Falle eines anormalen Stromausfalls als Notstromreserve dient.

Zentrale Herausforderungen: Die doppelte Belastung von PLP-Kondensatoren durch KI

Bei der Entwicklung von SSDs der nächsten Generation mit extrem hoher Kapazität für Unternehmen (im E1.L- oder U.2-Formfaktor) für KI-Trainingsserver steht die PLP-Schaltungsentwicklung vor zwei Hauptherausforderungen:

1. Kernherausforderung im Bereich Leistungsfähigkeit: Wie lässt sich auf begrenztem Raum eine langfristige, schnelle Energiespeicherung erreichen?

Diese Herausforderung steht in direktem Zusammenhang mit der Frage, ob Daten im Falle eines Stromausfalls sicher erhalten werden können, und umfasst drei eng miteinander verbundene Dimensionen:

Kapazitätsengpass (Energiedichte): Enterprise-SSDs weisen einen extrem kompakten Innenraum auf. Laut öffentlich zugänglichen Brancheninformationen stoßen viele herkömmliche Aluminium-Elektrolytkondensatoren aufgrund von Material- und Prozessbeschränkungen an ihre Grenzen. Dies führt zu einer begrenzten Kapazität in Standardgrößen (z. B. 12,5 × 30 mm) und erschwert es, ausreichend Energie für das Zurückschreiben von Daten im Terabyte-Bereich auf kleinem Raum zu speichern.

Lebensdauerangst (Hohe Temperaturtoleranz): KI-Server laufen rund um die Uhr, wobei die Umgebungstemperaturen oft 80 °C übersteigen. Herkömmliche Aluminium-Elektrolytkondensatoren erreichen aufgrund von Elektrolytverdunstung und Materialalterung unter anhaltend hohen Temperaturen möglicherweise nicht die für SSDs erforderliche Garantie von mindestens 5 Jahren, was zu versteckten Ausfallrisiken führen kann.

**Empfindlichkeit gegenüber Stößen (Schockfestigkeit):** Das Schutzfenster bei Stromausfall für 10-Gigabit-Lese-/Schreibvorgänge liegt nur im Millisekundenbereich. Ist der äquivalente Serienwiderstand (ESR) eines herkömmlichen Aluminium-Elektrolytkondensators zu hoch, reicht seine Entladegeschwindigkeit nicht aus, um den kurzzeitigen Spitzenstrombedarf zu decken. Dies führt direkt zu Unterbrechungen und Datenbeschädigung beim Zurückschreiben.

2. Herausforderungen hinsichtlich der Anpassungsfähigkeit an die Umwelt: Wie lassen sich Temperaturgrenzen überwinden und der Einsatzbereich von KI-Speicherlösungen erweitern?

Da die Rechenleistung von KI bis an den Netzwerkrand vordringt, müssen Speichergeräte in rauen Umgebungen wie Basisstationen, Fahrzeugen und Fabriken eingesetzt werden. Dies stellt unabhängige Anforderungen an die „Umgebungszugänglichkeit“ von Kondensatoren:

**Mangelnder Temperaturbereich:** Der Betriebstemperaturbereich herkömmlicher Kondensatoren (typischerweise -40 °C bis +105 °C) ist für extrem kalte und heiße Umgebungen unzureichend. Bei eisigen Außentemperaturen unter -40 °C kann der Elektrolyt aushärten und zu Funktionsausfällen führen. Bei dauerhafter Einwirkung hoher Temperaturen verringert sich die Lebensdauer drastisch, wodurch der Einsatz des Produkts in vielen Grenzbereichen eingeschränkt ist.

Technische Analyse: Die vierdimensionalen Vorteile von YMIN bei Hochleistungs-Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Um die oben genannten Schwachstellen zu beheben, hat YMIN eine vierdimensionale Lösung vorgeschlagen, die auf hoher Kapazitätsdichte durch Materialsystem- und Prozessinnovationen basiert.

Kernmerkmal 1: Hohe Energiedichte (Primäre Auslegungsgrundlage)

In PLP-Schaltungen müssen Kondensatoren die Energiespeicherung innerhalb des begrenzten Platzes auf der Leiterplatte maximieren.

Technologischer Durchbruch: Die LKM-Serie von YMIN nutzt eine hochdichte Elektrodenfolientechnologie, um die Nennkapazität von den branchenüblichen 3000 μF auf 3300 μF bei einer Standardgröße von 12,5 × 30 mm zu erhöhen.

Vorteile der Konstruktion: Bei gleichen physikalischen Abmessungen beträgt die Kapazitätserhöhung >10%, wodurch ein größerer Sicherheitsspielraum für den Schutz vor Stromausfällen in NAND-Flash-Speichern mit ultrahoher Kapazität geschaffen wird.

Kernmerkmal 2: Hohe Temperaturbeständigkeit und lange Lebensdauer (entspricht der Zuverlässigkeit auf Unternehmensebene)

Langzeitbetrieb: Die LKM-Serie erreicht eine extrem lange Lebensdauer von 10.000 Stunden bei 105°C, mehr als das Doppelte herkömmlicher Lösungen, was perfekt zur Garantiezeit von SSDs für Unternehmen passt.

Extrem hohe Zuverlässigkeit: Die Ausfallrate (FIT) wird von ca. 50 % auf <10 % reduziert (übertrifft die Standards für Automobile), wodurch eine extrem stabile Energiespeicherung über die gesamte Lebensdauer gewährleistet wird.

Kernmerkmal 3: Stoßfestigkeit und schnelle Reaktionszeit (Gewährleistung einer sofortigen Stromversorgung)

Extrem niedriger ESR-Wert: Durch die Optimierung des hochleitfähigen Elektrolyten konnte YMIN den ESR-Wert auf 25 mΩ senken (eine Verbesserung von >28 % gegenüber dem Industriestandard von 35 mΩ).

Reaktionsfähigkeit: Der niedrigere Innenwiderstand gewährleistet eine schnelle Energiefreisetzung innerhalb eines Millisekundenfensters und verhindert so effektiv Spannungsabfälle bei Stromausfällen.

Kernmerkmal 4: Breiter Temperaturbereich (Umgebungsanpassungsfähigkeit für Edge Computing)

Extrem breiter Temperaturbereich: Die YMIN LKL(R)-Serie zeichnet sich durch einen Betriebstemperaturbereich von -55℃ bis +135℃ aus, der den von herkömmlichen Kondensatoren weit übertrifft.

Niedrigtemperatur-Start: Durch die Verwendung einer speziellen Niedrigtemperatur-Elektrolytformel wird ein reibungsloser ESR-Wechsel auch bei extrem niedrigen Temperaturen von -55℃ gewährleistet, wodurch der sofortige Start und die Entladesicherheit des Systems in kalten Umgebungen sichergestellt werden.

Fragen und Antworten zu Kundenanliegen

F: Warum muss bei der Auswahl von Kondensatoren zum Schutz vor Stromausfall für PCIe 5.0 SSDs die „Kapazitätsdichte“ Priorität haben?

A: Der Hauptgrund liegt darin, dass die Datenmenge, die bei einem Stromausfall in den NAND-Flash-Speicher von SSDs mit hoher Kapazität (z. B. 8 TB+) zurückgeschrieben werden muss, sprunghaft ansteigt, während der Platz auf der Platine nahezu unbegrenzt ist. Herkömmliche Flüssigaluminium-Elektrolytkondensatoren weisen aufgrund der begrenzten Kapazität ihrer Elektrodenfolien eine geringe Energiespeichereffizienz auf. Die Kondensatoren der YMIN LKM-Serie sind daher vorzuziehen, da sie bei gleicher Größe eine um über 10 % höhere Kapazität bieten und somit eine deutlich höhere Redundanz für die System-Backup-Energieversorgung gewährleisten, ohne dass das bestehende Layout verändert werden muss.

Frage 2: Warum sollten KI-Server die Eigenschaft von Kondensatoren, einen „weiten Temperaturbereich“ zu haben, berücksichtigen?

A2: Beim Einsatz von KI-Rechenleistung und -Speicher am Netzwerkrand (z. B. in Fahrzeugen oder Outdoor-Basisstationen) sind die Geräte extremen Temperaturen unter -30 °C oder über 70 °C ausgesetzt. Herkömmliche Kondensatoren weisen unter diesen Bedingungen erhebliche Leistungseinbußen auf, was zum Ausfall des Schutzes vor Stromausfällen führen kann. Daher muss bei der Auswahl von Kondensatoren für diese Edge-KI-Server deren Fähigkeit zu einem breiten Temperaturbereich berücksichtigt werden. Die YMIN LKL-Serie (-55 °C bis 135 °C) wurde speziell für diesen Zweck entwickelt.

Auswahlleitfaden: Präzise Anpassung an Ihr Szenario

Szenario A: KI-Server und SSDs im Rechenzentrum

Wichtigste Herausforderungen: Der Platz ist extrem begrenzt, daher müssen die Kondensatoren in einem kompakten Layout maximale Energiespeicherung, längste Lebensdauer und schnellste Entladegeschwindigkeit bieten.

Empfohlene Lösung: YMIN LKM-Serie (hohe Kapazität), typisches Modell 35 V 3300 μF (12,5 × 30 mm). Sie bietet eine um über 10 % höhere Kapazität bei gleicher Größe, einen ESR-Wert ≤ 25 mΩ und eine Lebensdauer von 10.000 Stunden bei 105 °C. Damit ist sie eine Komplettlösung, die die extremen Anforderungen an Energiespeicher für Kernrechner hinsichtlich Dichte, Lebensdauer und Geschwindigkeit erfüllt.

Szenario B: Edge Computing, fahrzeugmontierte und im Freien befindliche Basisstationsspeicher

Wichtigste Herausforderungen: Extreme Umgebungstemperaturen (von -55℃ bis 135℃), die einen stabilen und zuverlässigen Betrieb der Kondensatoren über den gesamten Temperaturbereich erfordern.

Empfohlene Lösung: YMIN LKL(R)-Serie (extrem breiter Temperaturbereich), typisches Modell 35 V 2200 μF (10 × 30 mm). Der Betriebstemperaturbereich reicht von -55 °C bis 135 °C, und ein spezieller Elektrolyt gewährleistet einen stabilen ESR-Wert auch bei extrem niedrigen Temperaturen. Dies bietet eine zuverlässige Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umgebungsbedingungen für Edge-KI-Speicher.

Strukturierter Technologieüberblick

Zur einfacheren Auffindung der Technologie und Bewertung der Lösung sind die Kerninformationen dieses Dokuments wie folgt zusammengefasst:

Kernszenarien: Enterprise-SSDs im E1.L/U.2-Formfaktor (PCIe 5.0/6.0) für KI-Trainingsserver und Hochleistungsrechenzentren (Kernszenarien). Weitbereichs-Temperaturspeicher für Edge-Computing-Knoten, intelligente Fahrzeugsysteme und Kommunikationsbasisstationen im Außenbereich (erweiterte Szenarien).

Kernvorteile der YMIN-Lösung:

Hohe Speicherdichte: Die LKM-Serie bietet eine Speicherkapazität von ≥3300μF in einer Standardgröße von 12,5×30mm, was einer Verbesserung von >10% gegenüber herkömmlichen Produkten gleicher Größe entspricht.

Hohe Temperaturbeständigkeit und lange Lebensdauer: Lebensdauer ≥ 10.000 Stunden bei 105°C, Ausfallrate < 10 FIT, erfüllt die Anforderungen an einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.

Stoßfestigkeit und schnelle Reaktion: ESR ≤ 25 mΩ, wodurch eine schnelle Energiefreisetzung innerhalb des Millisekunden-Zeitfensters für die Abschaltung gewährleistet wird.

Extrem breiter Temperaturbereich: Die LKL(R)-Serie arbeitet von -55°C bis 135°C und überwindet damit die Herausforderung der Elektrolytverfestigung bei niedrigen Temperaturen.

Empfohlene Bewertungsmodelle:

YMIN LKM-Serie: Geeignet für zentrale Speicherszenarien in Rechenzentren, die maximale Platzausnutzung und langfristige Zuverlässigkeit priorisieren. Typisches Modell: 35 V, 3300 μF (12,5 × 30 mm).

YMIN LKL(R)-Serie: Geeignet für Edge-Computing- und Automotive-Speicheranwendungen, die extreme Temperaturbedingungen erfordern. Typisches Modell: 35 V, 2200 μF (10 × 30 mm, Betriebstemperatur -55 °C bis 135 °C).

Für detaillierte Spezifikationen der YMIN LKM/LKL(R)-Serie oder zur Anforderung von Engineering-Mustern wenden Sie sich bitte über die Website von YMIN Electronics an das technische Team von YMIN.