Serverracks für KI-Systeme sind bei schnellem Umschalten zwischen Trainings- und Inferenzlasten kurzzeitigen Spannungsspitzen und Spannungseinbrüchen im Gleichstromzwischenkreis (typischerweise 1–50 ms) ausgesetzt. NVIDIA erwähnt in seinem Design des GB300 NVL72-Netzteils, dass dieses Energiespeicherkomponenten integriert und mit einem Controller zusammenarbeitet, um eine schnelle, transiente Spannungsglättung auf Rack-Ebene zu erreichen (siehe Referenz [1]).
In der Ingenieurpraxis kann der Einsatz eines „Hybrid-Superkondensators (LIC) + BBU (Batterie-Backup-Einheit)“ als nahegelegene Pufferschicht die „Transientenantwort“ und die „kurzfristige Notstromversorgung“ entkoppeln: Der LIC ist für die Kompensation im Millisekundenbereich zuständig, die BBU für die Übernahme im Sekunden- bis Minutenbereich. Dieser Artikel bietet Ingenieuren ein reproduzierbares Auswahlverfahren, eine Liste wichtiger Indikatoren und Prüfpunkte. Am Beispiel des YMIN SLF 4,0 V 4500 F (Einzelzellen-ESR ≤ 0,8 mΩ, Dauerentladestrom 200 A, Parameter siehe Datenblatt [3]) werden Konfigurationsvorschläge und Vergleichsdaten bereitgestellt.
Rack-BBU-Netzteile verlagern die „Transienten-Leistungsglättung“ näher an die Last heran.
Da der Stromverbrauch einzelner Racks Hunderte von Kilowatt erreichen kann, können KI-Workloads kurzzeitig Stromspitzen verursachen. Überschreitet der Spannungsabfall am Bus den Systemschwellenwert, kann dies zum Schutz des Motherboards, zu GPU-Fehlern oder zu Neustarts führen. Um die Belastung der vorgelagerten Stromversorgung und des Stromnetzes zu reduzieren, setzen einige Architekturen auf Energiepufferung und Steuerungsstrategien innerhalb des Rack-Netzteils. Dadurch können Spannungsspitzen innerhalb des Racks „lokal absorbiert und wieder abgegeben“ werden. Die Kernaussage dieses Designs lautet: Transiente Probleme sollten zuerst dort behoben werden, wo die Last am nächsten liegt.
Bei Servern mit extrem leistungsstarken GPUs (im Kilowattbereich) wie NVIDIA GB200/GB300 hat sich die zentrale Herausforderung für Stromversorgungssysteme von der herkömmlichen Notstromversorgung hin zur Bewältigung kurzzeitiger Leistungsspitzen im Millisekunden- und Hunderten-Kilowatt-Bereich verlagert. Traditionelle Notstromlösungen mit Bleiakkumulatoren stoßen aufgrund von Verzögerungen durch chemische Reaktionen, hohem Innenwiderstand und begrenzter dynamischer Ladekapazität an ihre Grenzen hinsichtlich Reaktionsgeschwindigkeit und Leistungsdichte. Diese Engpässe behindern die Verbesserung der Leistung und Systemzuverlässigkeit von Einzelrack-Rechnern erheblich.
Tabelle 1: Schematische Darstellung der Position des dreistufigen Hybrid-Energiespeichermodus im Rack-BBU (Tabellendiagramm)
| Ladeseite | Gleichstrombus | LIC (Hybrid-Superkondensator) | BBU (Batterie-/Energiespeicher) | USV/HGÜ |
| GPU/Motherboard Power Step (ms-Level) | Gleichspannungszwischenkreis Spannung Spannungsabfall/Welligkeit | Lokale Kompensation Typische 1-50 ms Hochstromladung/-entladung | Kurzfristige Übernahme auf Sekunden-Minuten-Ebene (Systemkonform) | Langfristige Stromversorgung auf Minuten-Stunden-Ebene (gemäß Rechenzentrumsarchitektur) |
Architekturentwicklung
Von „Batterie-Backup“ bis hin zum „dreistufigen Hybrid-Energiespeichermodus“
Herkömmliche BBUs (Bank-Base Units) nutzen primär Batterien zur Energiespeicherung. Angesichts von Stromausfällen im Millisekundenbereich reagieren Batterien aufgrund der begrenzten chemischen Reaktionskinetik und des äquivalenten Innenwiderstands oft langsamer als kondensatorbasierte Energiespeicher. Daher verfolgen Rack-seitige Lösungen zunehmend eine gestaffelte Strategie: „LIC (transient) + BBU (kurzzeitig) + USV/HGÜ (langzeitig)“.
Der parallel in der Nähe des DC-Busses angeschlossene LIC übernimmt die Leistungskompensation im Millisekundenbereich und die Spannungsstützung (Hochgeschwindigkeitsladen und -entladen).
BBU (Batterie oder anderer Energiespeicher): Übernimmt die Stromversorgung im Sekunden- bis Minutenbereich (System ausgelegt für die Backup-Dauer).
USV/HGÜ auf Rechenzentrumsebene: Gewährleistet die längerfristige unterbrechungsfreie Stromversorgung und die netzseitige Regelung.
Diese Arbeitsteilung entkoppelt „schnelle Variablen“ und „langsame Variablen“: Stabilisierung des Bussystems bei gleichzeitiger Reduzierung des langfristigen Stresses und Wartungsaufwands für die Energiespeichereinheiten.
Detaillierte Analyse: Warum YMINHybrid-Superkondensatoren?
Der Hybrid-Superkondensator LIC (Lithium-Ionen-Kondensator) von Ymin vereint die hohe Leistungsfähigkeit von Kondensatoren mit der hohen Energiedichte eines elektrochemischen Systems. Bei transienten Kompensationsvorgängen ist die Belastbarkeit entscheidend, da die benötigte Energie innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls Δt abgegeben und ein ausreichend hoher Impulsstrom innerhalb des zulässigen Temperaturanstiegs und Spannungsabfalls bereitgestellt werden muss.
Hohe Leistungsabgabe: Bei abrupten Änderungen der GPU-Last oder Netzspannungsschwankungen versagen herkömmliche Bleiakkumulatoren aufgrund ihrer langsamen chemischen Reaktionsgeschwindigkeit und ihres hohen Innenwiderstands rapide in ihrer dynamischen Ladekapazität. Dadurch reagieren sie nicht mehr innerhalb von Millisekunden. Der Hybrid-Superkondensator kompensiert die Last hingegen sofort innerhalb von 1–50 ms. Anschließend stellt die BBU-Notstromversorgung für eine Minute eine stabile Busspannung sicher und reduziert das Risiko von Mainboard- und GPU-Ausfällen deutlich.
Volumen- und Gewichtsoptimierung: Beim Vergleich der „äquivalenten verfügbaren Energie (bestimmt durch das Spannungsfenster V_hi→V_lo) + äquivalentes Einschwingfenster (Δt)“ reduziert die LIC-Pufferschichtlösung Volumen und Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Batterie-Backups typischerweise deutlich (Volumenreduzierung von ca. 50–70 %, Gewichtsreduzierung von ca. 50–60 %; typische Werte sind nicht öffentlich verfügbar und erfordern eine Projektprüfung). Dadurch werden Rackplatz und Ressourcen für die Luftzirkulation freigesetzt. (Der genaue Prozentsatz hängt von den Spezifikationen, den Bauteilen und den Lösungen zur Wärmeableitung des Vergleichsobjekts ab; eine projektspezifische Prüfung wird empfohlen.)
Verbesserte Ladegeschwindigkeit: LIC zeichnet sich durch hohe Lade- und Entladeraten aus und ist typischerweise schneller als herkömmliche Batterien (mehr als fünffache Steigerung, wodurch Schnellladen in knapp zehn Minuten erreicht wird; Quelle: Vergleich von Hybrid-Superkondensatoren mit typischen Blei-Säure-Batterien). Die Ladezeit hängt von der Systemleistungsreserve, der Ladestrategie und dem Wärmemanagement ab. Es wird empfohlen, die „Zeit bis zum Erreichen der hohen Spannung V_hi“ als Akzeptanzkriterium zu verwenden und gleichzeitig den Temperaturanstieg bei wiederholten Impulsen zu bewerten.
Lange Lebensdauer: Lithium-Ionen-Akkumulatoren (LIC) weisen typischerweise eine längere Lebensdauer und einen geringeren Wartungsaufwand unter häufigen Lade- und Entladebedingungen auf (1 Million Zyklen, über 6 Jahre Lebensdauer, etwa 200-mal so viele wie herkömmliche Blei-Säure-Akkumulatoren; Quelle: Vergleich von Hybrid-Superkondensatoren mit typischen Blei-Säure-Akkumulatoren). Die Grenzwerte für Zyklenlebensdauer und Temperaturanstieg unterliegen spezifischen Spezifikationen und Testbedingungen. Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus, trägt dies zur Reduzierung von Betriebs-, Wartungs- und Ausfallkosten bei.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des hybriden Energiespeichersystems:
Lithium-Ionen-Akku (Sekunden-Minuten-Ebene) + Lithium-Ionen-Kondensator LIC (Millisekunden-Puffer)
Basierend auf dem japanischen Musashi CCP3300SC (3,8 V 3000 F) des NVIDIA GB300 Referenzdesigns, zeichnet es sich durch eine höhere Kapazitätsdichte, eine höhere Spannung und eine höhere Kapazität in seinen öffentlich verfügbaren Spezifikationen aus: eine Betriebsspannung von 4,0 V und eine Kapazität von 4500 F, was zu einer höheren Einzelzellen-Energiespeicherung und stärkeren Pufferkapazitäten bei gleicher Modulgröße führt und eine kompromisslose Reaktionsfähigkeit im Millisekundenbereich gewährleistet.
Wichtigste Parameter der Hybrid-Superkondensatoren der YMIN SLF-Serie:
Nennspannung: 4,0 V; Nennkapazität: 4500 F
Gleichstrom-Innenwiderstand/ESR: ≤0,8 mΩ
Dauerentladestrom: 200 A
Betriebsspannungsbereich: 4,0–2,5 V
Durch den Einsatz der hybriden, superkondensatorbasierten BBU-Lokalpufferlösung von YMIN kann der DC-Bus innerhalb eines Millisekundenfensters mit hohen Strömen kompensiert werden, wodurch die Busspannungsstabilität verbessert wird. Im Vergleich zu anderen Lösungen mit gleicher verfügbarer Energie und gleichem Einschwingverhalten benötigt die Pufferschicht typischerweise weniger Platz und spart Rackressourcen. Sie eignet sich zudem besser für häufiges Laden und Entladen sowie für Anforderungen an eine schnelle Wiederherstellung und reduziert so den Wartungsaufwand. Die spezifischen Leistungsmerkmale sollten anhand der Projektspezifikationen überprüft werden.
Auswahlleitfaden: Präzise Zuordnung zum Szenario
Angesichts der extremen Herausforderungen durch die Rechenleistung von KI-Systemen ist Innovation bei Stromversorgungssystemen von entscheidender Bedeutung.YMINs SLF 4.0V 4500F Hybrid-SuperkondensatorMit seiner soliden, firmeneigenen Technologie bietet das Unternehmen eine leistungsstarke, äußerst zuverlässige, im Inland hergestellte BBU-Pufferschichtlösung, die die Grundlage für die stabile, effiziente und intensive kontinuierliche Weiterentwicklung von KI-Rechenzentren bildet.
Falls Sie detaillierte technische Informationen benötigen, können wir Ihnen Datenblätter, Testdaten, Anwendungstabellen, Muster usw. zur Verfügung stellen. Bitte geben Sie außerdem wichtige Informationen wie Busspannung, ΔP/Δt, Raumabmessungen, Umgebungstemperatur und Lebensdauerspezifikationen an, damit wir Ihnen schnell Konfigurationsempfehlungen geben können.
Fragen und Antworten
F: Die GPU-Auslastung eines KI-Servers kann innerhalb von Millisekunden um 150 % ansteigen, und herkömmliche Bleiakkumulatoren können damit nicht mithalten. Wie schnell reagieren die Lithium-Ionen-Superkondensatoren von YMIN, und wie erreichen Sie diese schnelle Unterstützung?
A: Die Hybrid-Superkondensatoren von YMIN (SLF 4,0 V 4500 F) basieren auf physikalischen Energiespeicherprinzipien und weisen einen extrem niedrigen Innenwiderstand (≤ 0,8 mΩ) auf. Dadurch ermöglichen sie eine sofortige Hochstromentladung im Bereich von 1–50 Millisekunden. Verursacht eine plötzliche Änderung der GPU-Last einen starken Abfall der Gleichspannung im Bus, kann der Superkondensator nahezu verzögerungsfrei einen hohen Strom abgeben und so die Busleistung direkt kompensieren. Dies verschafft der Backend-BBU-Stromversorgung Zeit, sich zu aktivieren und die Versorgung zu übernehmen. So wird ein reibungsloser Spannungsübergang gewährleistet und Rechenfehler oder Hardwareabstürze aufgrund von Spannungseinbrüchen vermieden.
Eine Zusammenfassung finden Sie am Ende dieses Artikels.
Anwendungsszenarien: Geeignet für KI-Server-Rack-basierte BBUs (Backup Power Units) in Szenarien, in denen der DC-Bus transienten Spannungsspitzen/Spannungsabfällen im Millisekundenbereich ausgesetzt ist; anwendbar auf eine lokale Pufferarchitektur „Hybrid Superkondensator + BBU“ zur Busspannungsstabilisierung und transienten Kompensation bei kurzzeitigen Stromausfällen, Netzschwankungen und plötzlichen GPU-Laständerungen.
Kernvorteile: Schnelle Reaktionszeit im Millisekundenbereich (Kompensation von transienten Zeitfenstern von 1-50 ms); niedriger Innenwiderstand/hohe Strombelastbarkeit, was die Busspannungsstabilität verbessert und das Risiko unerwarteter Neustarts verringert; unterstützt Hochgeschwindigkeitsladung und -entladung sowie schnelles Wiederaufladen, wodurch die Wiederherstellungszeit der Notstromversorgung verkürzt wird; besser geeignet für häufige Lade- und Entladevorgänge im Vergleich zu herkömmlichen Batterielösungen, wodurch der Wartungsaufwand und die Gesamtlebenszykluskosten reduziert werden.
Empfohlenes Modell: YMIN Square Hybrid Superkondensator SLF 4,0 V 4500 F
Datenerfassung (Spezifikationen/Prüfberichte/Muster):
Offizielle Website: www.ymin.com
Technische Hotline: 021-33617848
Quellenangaben (öffentliche Quellen)
[1] Offizieller NVIDIA-Blog für öffentliche Informationen/Technik: Einführung in GB300 NVL72 (Power Shelf) Rack-Level Transient Smoothing/Energy Storage
[2] Öffentliche Berichte von Medien/Institutionen wie TrendForce: GB200/GB300-bezogene LIC-Anträge und Informationen zur Lieferkette
[3] Shanghai YMIN Electronics stellt die „SLF 4.0V 4500F Hybrid-Superkondensator-Spezifikationen“ zur Verfügung.
Veröffentlichungsdatum: 20. Januar 2026