Microchip ra mắt mô-đun công suất SiC 3,3 kV cho máy biến áp thể rắn trong trung tâm dữ liệu AI

Hãng sản xuất chip Microchip (Hoa Kỳ) vừa đưa ra thị trường dòng mô-đun công suất SiC 3,3 kV HV-D3 mSiC mới, hướng đến bài toán cấp điện cho máy biến áp thể rắn tại các trung tâm dữ liệu AI siêu lớn, nơi nguồn điện lưới trung thế phải đến tay GPU với tổn hao thấp nhất và ít tầng chuyển đổi nhất có thể.

Khi các trung tâm dữ liệu AI liên tục mở rộng quy mô, hoạt động sinh token, thước đo trực tiếp năng lực xử lý ngôn ngữ của các mô hình lớn, bị giới hạn bởi lượng điện năng có thể đưa vào hệ thống, chứ không còn bị giới hạn bởi số lượng chip GPU. Chính Hãng sản xuất chip Microchip nhận định đây là thực tế buộc ngành công nghiệp phải tìm cách rút ngắn toàn bộ chuỗi chuyển đổi điện từ lưới điện quốc gia đến từng tủ rack máy chủ.

Mô-đun công suất SiC 3,3 kV HV-D3 mSiC Microchip dùng cho máy biến áp thể rắn trung tâm dữ liệu AI

Kiến trúc cấp điện truyền thống dựa vào máy biến áp tần số thấp cồng kềnh, vốn tích lũy tổn hao qua nhiều tầng chuyển đổi và làm tăng độ phức tạp lắp đặt theo cấp số nhân khi công suất tổng của cơ sở hạ tầng vượt ngưỡng megawatt. Máy biến áp thể rắn (Solid-State Transformer – SST) xuất hiện như một phương án thay thế triệt để, có khả năng loại bớt nhiều tầng chuyển đổi trung gian và cung cấp dòng điện một chiều điện áp cao thẳng từ lưới trung thế đến tủ rack mà không cần đi qua hệ thống phân phối xoay chiều hạ thế phức tạp. Xu hướng toàn ngành hướng tới phân phối điện DC điện áp cao tại rack trong các cơ sở AI thế hệ mới đang củng cố vị thế của SST như một lựa chọn kiến trúc chủ đạo.

Vấn đề nằm ở chỗ SST cần linh kiện bán dẫn công suất cao áp đủ trưởng thành để sản xuất ở quy mô công nghiệp, trong khi thị trường SiC điện áp 3,3 kV trở lên với dải dòng điện 100-300 A vẫn còn khoảng trống lớn giữa các linh kiện rời rạc hiệu suất cao và các mô-đun công suất cỡ lớn. Chính khoảng trống này là lý do Microchip định vị dòng HV-D3 mSiC 3,3 kV.

Dòng mô-đun HV-D3 mSiC 3,3 kV tích hợp MOSFET mSiC cacbua silic 3,3 kV và đi-ốt Schottky bên trong vỏ gói 62 mm theo tiêu chuẩn công nghiệp, cho phép truyền tải điện năng hiệu quả trực tiếp từ lưới điện trung thế đến tủ rack máy chủ. Quy cách đóng gói này hỗ trợ cách điện lên tới 6 kV, sử dụng vật liệu đạt chuẩn CTI 600 với khoảng cách phóng điện bề mặt mở rộng để đảm bảo kết nối nối tiếp an toàn khi vận hành ở điện áp cao.

Theo ông Clayton Pillion, Phó Chủ tịch phụ trách bộ phận kinh doanh giải pháp công suất cao của Microchip, các mô-đun HV-D3 mSiC 3,3 kV giúp nhà thiết kế giảm khoảng một nửa số lượng thiết bị cần kết nối nối tiếp so với các mô-đun SiC điện áp thấp hơn khi đấu nối với lưới điện 13,8 kV hoặc 34,5 kV. Con số này mang ý nghĩa thực tế rõ ràng trong thiết kế tủ điện trung thế, bởi mỗi thiết bị bớt đi đồng nghĩa với việc thu gọn kích thước vỏ máy, giảm điểm hỏng hóc tiềm tàng và hạ chi phí vận hành dài hạn.

Về thông số kỹ thuật, công nghệ mSiC MOSFET của Microchip cung cấp độ ổn định RDS(on) cực kỳ cạnh tranh trong các dải nhiệt độ hoạt động khác nhau, đây là đặc tính then chốt với SST phải duy trì hiệu suất ổn định qua các chu kỳ tải biến động cao trong trung tâm dữ liệu. Lớp nền silicon nitride (Si₃N₄) tăng cường đồng thời độ dẫn nhiệt và khả năng chịu tải chu kỳ nhiệt (power-cycling), giúp kỹ sư đạt mật độ công suất cao hơn mà không cần đầu tư vào các hệ thống làm mát quá cồng kềnh. Công nghệ mSiC MOSFET cũng cân bằng tổn hao đóng cắt cho cả cấu trúc chuyển mạch cứng (hard-switched) lẫn chuyển mạch mềm (soft-switched), tạo độ linh hoạt cao khi thiết kế SST theo nhiều tô-pô khác nhau.

Dù được tối ưu hóa cho SST trong trung tâm dữ liệu AI siêu lớn, dòng HV-D3 mSiC 3,3 kV còn phù hợp với hạ tầng sạc megawatt cho xe tải trọng lớn, nguồn điện phụ trợ trong hệ thống đường sắt và vận tải hạng nặng, biến tần động cơ trung thế, cùng các hệ thống điện công nghiệp và quốc phòng. Phạm vi ứng dụng rộng này phản ánh thực tế là các yếu tố cách điện cao, độ bền nhiệt tốt và hiệu suất chuyển đổi năng lượng vượt trội của thiết bị đáp ứng nhiều lớp yêu cầu khắt khe trong công nghiệp nặng chứ không chỉ riêng hạ tầng số.

Microchip cho biết công ty tích lũy hơn 20 năm kinh nghiệm phát triển, thiết kế, sản xuất và hỗ trợ thiết bị SiC, đây là nền tảng để họ cam kết hỗ trợ khách hàng áp dụng SiC nhanh chóng và kiểm soát rủi ro. Các mô-đun HV-D3 mSiC 3,3 kV hiện có hai cấu hình half-bridge (nửa cầu) và common-source (nguồn chung), kèm tùy chọn có hoặc không có đi-ốt Schottky song song ngược (anti-parallel), phủ toàn bộ dải dòng điện từ 100 A đến 300 A. Sản phẩm sẵn sàng mua với số lượng sản xuất từ Microchip hoặc qua mạng lưới đại lý được ủy quyền toàn cầu của hãng.