Mehr Effizienz in Rechenzentren 400 V CoolSiC MOSFETs für effiziente Netzteile in KI-Servern

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Infineon Technologies AG

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Prozessoren für Künstliche Intelligenz (KI) erfordern zunehmend mehr Leistung. Daher müssen Server-Netzteile (Power Supply Units, PSUs) ebenso eine immer höhere Leistung liefern, ohne dabei die definierten Dimensionen der Server-Racks zu überschreiten. Ursächlich dafür ist der wachsende Energiebedarf von High-Level-Graphic Process Units (GPUs), der bis zum Ende des Jahrzehnts auf 2 kW und mehr pro Chip ansteigen könnte.

Die neue 400 V CoolSiC MOSFET Produktfamilie basiert auf der CoolSiC-Technologie der zweiten Generation (G2), die Anfang 2024 vorgestellt wurde. Das neue MOSFET-Portfolio wurde speziell für den Einsatz in der AC/DC-Stufe von KI-Servern entwickelt und fügt sich in die kürzlich angekündigte PSU-Roadmap von Infineon ein. Die Bauteile eignen sich außerdem ideal für Solar- und Energiespeichersysteme (ESS), Inverter-Motorsteuerung, Industrie- und Hilfsstromversorgungen (SMPS) sowie Halbleiterschutzschalter für Wohngebäude.

„Infineon bietet ein umfangreiches Portfolio an Hochleistungs-MOSFETs und GaN-Transistoren, um die anspruchsvollen Design- und Platzanforderungen von KI-Server-Netzteilen zu erfüllen“, sagt Richard Kuncic, Leiter der Business Line Power Systems bei Infineon. „Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, unsere Kunden mit fortschrittlichen Produkten wie den CoolSiC MOSFETs 400 V G2 zu unterstützen, um die Entwicklung von Systemen mit höchster Energieeffizienz in fortschrittlichen KI-Anwendungen voranzutreiben.“

Im Vergleich zu bestehenden 650 V SiC- und Si-MOSFETs zeichnet sich die neue Produktfamilie durch äußerst niedrige Leitungs- und Schaltverluste aus. In einem mehrstufigen PFC implementiert kann der Spitzenwirkungsgrad von AC/DC-Stufen auf über 99,5 Prozent gesteigert werden, wobei eine hohe Leistungsdichte von mehr als 100 W/in³ erhalten bleibt. Das entspricht einer Effizienzsteigerung von 0,3 Prozentpunkten gegenüber 650 V SiC-Lösungen. Die Systemlösung für KI-Server PSUs wird zudem durch die Implementierung von CoolGaN Transistoren in der DC/DC-Stufe komplettiert. Mit dieser Kombination aus Hochleistungs-MOSFETs und Transistoren kann das Netzteil mehr als 8 kW liefern, wobei die Leistungsdichte im Vergleich zu aktuellen Lösungen mehr als verdreifacht wird.

Made in Space

Die Vorteile der Fertigung im Weltall

Das neue MOSFET-Portfolio umfasst insgesamt 10 Produkte: fünf R_DS(on)-Klassen von 11 bis 45 mΩ, jeweils im Kelvin-Source-TOLL- und D²PAK-7-Gehäuse mit .XT-Package-Verbindungstechnologie. Die CoolSiC MOSFETs zeichnen sich durch eine Drain-Source-Durchschlagsspannung von 400 V bei T_vj = 25 °C aus. Damit sind sie besonders für den Einsatz in 2- und 3-Level-Konvertern und für die synchrone Gleichrichtung geeignet. Die Bauteile bieten eine hohe Robustheit unter harten Schaltbedingungen und sind zu 100 Prozent Avalanche-getestet. Aufgrund der sehr robusten CoolSiC Technologie in Kombination mit der .XT Verbindungstechnologie können die Bauteile Leistungsspitzen und Transienten bewältigen, die durch plötzliche Änderungen des Leistungsbedarfs des KI-Prozessors entstehen. Sowohl die Verbindungstechnologie als auch ein niedriger und positiver R_DS(on)-Temperaturkoeffizient ermöglichen eine ausgezeichnete Leistung unter Betriebsbedingungen mit höheren Sperrschichttemperaturen.  (mr)

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