GB200/GB300 超級電容配置猜想

傳統電容以電場形式靜電儲存能量, 它們由兩個導電表面 (也被稱為電極) 組成, 由電介質或絕緣體隔開. 電池以化學形式儲存能量, 雖然有眾多類型的電池利用不同的材料來實現某些特性, 但它們所遵循的原理基本相同. 超級電容由於其融合了電容和電池的特性, 同時具備電容快速充放電和電池儲能特性, 有效地填補了兩者之間的空白, 預計有望成為 AI 伺服器中新應用趨勢.

鋰離子電池 (LIB) 的輸出特性和充放電循環壽命存在極限. 高輸出長壽命的鋰離子電容器 (LIC) 不但電壓升高至約 4V, 還提高了負極存儲的靜電容量, 單元整體的靜電容量可增至原雙電層電容器 (EDLC) 的 2 倍左右. LIC 與 EDLC 相比具有高電壓大容量的優點, 雖然比 LIB 能量密度較低, 但 LIC 的輸出密度高, 壽命長. 此外, 還具有高溫特性出色以及自放電比 EDLC 小的兩大特點.

先前在測試 GB200 系統發現到電源架電壓不穩的情況後, 為了穩定電力負載突然增加或減少時的電壓波動, GB300 中或增加超級電容作為電源方案, 其採用的超級電容類型應為 LIC, 預計後續有望成為 AI 伺服器中新應用趨勢. 此前數據中心大多使用電池的 UPS 系統, 超級電容與之相比, 整體優勢更強. 超級電容以雙電層電容器 (EDLC) 和鋰離子電容器 (LIC) 為代表.

BBU 可以看作是傳統 UPS 的進階版本, 並有望部分取代部分 UPS. BBU 和超級電容共同組成了 GB200/300 機櫃中的儲能托盤 (Energy Storage Tray), 並與電源架供應商 (台灣的台達電, 光寶, 中國麥格米特驗證中) 為同一供應商. 傳 GB300 伺服器有望標配電容托盤 (Capacitor tray), 選配 BBU. 一台 GB300 系統需要搭載 5 個單價約 300 美元的 BBU 模組.

傳聞一: 與 BBU 類似, 削峰托盤 (peak-shaving tray) 也由電源架供應商提供, 但來源於第三方製造商. 目前唯一通過 Nvidia 認證的超級電容器供應商是歐洲的 Skeleton Technologies, 根據供應鏈研究, 一個 GB300 NVL72 機架需要 120 個超級電容, 每個超級電容器的量產價格約為 50 美元, 這使得 GB300 系統中超級電容的總價值約為 6000 美元.

傳聞二: GB300 新增一個超級電容的 UPS (電容托盤) 標配, 每個機櫃配備 4 顆超級電容, 用來防止突然斷電導致系統宕機, 超級電容要求快速放電, 持續 3~10分鐘. 2024年 Flex (偉創力) 公告率先推出以 MUSASHI (武藏) 混合超級電容為核心的新型電容式儲能系統 (CESS), 旨在平衡峰值功率, 並在 AI 數據中心進行訓練和推理期間保護電網免受強烈浪湧和線路干擾的影響.

傳聞三: 電容托盤負責低壓側擔任 Peak shaving 的角色, 目前有兩個超級電容設計, 歐洲 Skeleton 為 LIC 鋰電容, 日本武藏會以 EDLC 為主. 另與 Skeleton SCA 系列超級電容, 同規格且在台達電/光寶認可供應商還有日本京瓷 (Kyocera), 其 SSC LE 系列為二供. 電容托盤 EDLC 用量 80~100, 一個機櫃要 4個 Tray, 平均價格 10~15 美金, 總產值 50~75億? (未提供估算方式).

標配與選配? 傳超級電容是標準配置, 一機櫃用 4 tray (參考傳聞二). 據說微軟與 Oracle 不打算用 BBU? 而 AWS/Google/Meta 等會採用. 電容托盤與 BBU 如何配置? 為了優化 AI server 供電品質, 兩者主要的差異在負責的區域, BBU 負責補償市電波動, 應對分鐘級的掉電, 營收目前掛在基礎建設下. 而電容托盤應對毫秒級的穩壓, 負責濾除及補償低壓測的電源波動, 互相無法替代.

根據市調單位發布的報告, 2023 年全球超級電容器市場價值為 48 億美元, 到 2031 年將達到 183 億美元, 2023-2031 年複合年增長率為 18.7%, 市場主要參與者有 Abracon, Eaton, Maxwell Technologies, Nippon Chemi-Con, Skeleton Technologies, TDK Corporation, ATX Networks, KYOCERA AVX Components Corporation, TTI, Inc. 等.