48V Power System을 위한 100V 초고용량 MLCC 제안

기술 - Article 2022.02.25

▶1210inch, 10uF, 100V, X7S (CL32Y106KCVZNWE)

남자가 태블릿을 사용하고 있다.

Abstract

Data Center 전력 소비 증가로 효율이 좋은 48V Power System이 확대되고 있습니다. 이를 위해 삼성전기는 고온에서 동작 가능한 1210i, 10uF, 100V MLCC를 지원합니다. 고 신뢰성 제품으로, 48V용 산업 Robot, Network에도 적용 가능합니다.

CPU, Memory, GPU TDP (Thermal Design Power)의 급격한 증가

Big Data를 활용한 AI 보급 확산으로 Data Center 업체들이 더 많은 숫자의 CPU Core를 필요로 하고 있습니다. Server CPU의 TDP는 과거 3년간 70% 이상 증가했고, 22년 출시될 DDR5 지원 신규 Server CPU TDP는 350~400W까지 예상됩니다. 또한, Memory 고속화에 따라 Memory Module이 소비하는 Power도 빠르게 증가하고 있으며, DDR5부터는 기존 대비 최소 30% 이상의 TDP 증가가 전망됩니다. (Figure1 참조)

[Server CPU TDP], 2019년에서 2022년까지 70% 상승한 그래프, [Memory Module TDP], DDR4(2933), DDR3(3200), DDR5(4800), DDR5(5600), 65% 상승한 그래프

[Figure1. Server CPU 및 memory module TDP trend]

뿐만 아니라, Machine Learning을 위해 확대되고 있는 Data Center용 GPU 등 Hardware Accelerator도 Processor 1개당 TDP가 지속 증가하여 400W를 넘는 상황입니다.

Data Center 에너지 효율은 기업의 문제가 아닌 국가적인 이슈로 확대, 미국 에너지부(DOE)에서는 Data Center 에너지 효율 향상을 위한 가이드라인까지 배포하고 있습니다.

Rank, Country, Consumption / 1 China 7,500 / 1 United States 3,900 / 3 India 1,547 / 36 Finland 84 / 37 Belgium 82 / - US Data centers 73 / 38 Austria 67, 데이터 서버 이미지

[Figure2. List of countries by electricity consumption (Billion kWh, Source: Wikipedia)]

DOE에 따르면, 미국 Data Center들이 연간 소비하는 전력은 73 Billion kWh으로, 전 세계 218개국이 소비하는 전력 순위로 보면 30위권에 해당합니다. 이는 칠레, 오스트리아, 벨기에 등의 나라가 소비하는 총 전력과 비슷합니다. Data Center 내에서 Server의 전력 소비가 차지하는 비중이 50%가 넘고, 지속적으로 증가하고 있어 이에 대한 대응이 필요합니다.

48V Power System 보급 확대

따라서 많은 업체들이 전력 문제 해결을 위해 변환 효율이 좋은 48V System을 Server에 채택하고 있으며 기존 12V System을 빠르게 대체하고 있습니다. Server system 설계자 입장에서는 Input 전압이 12V 에서 48V로 변경되는 만큼 이를 지원하기 위해 100V 고용량 MLCC가 새로 필요합니다.

110V or 220V AC, PSU(AC-DC), 12V → 48V, VR Memory, VR 1.xV CPU, VR 1.1V, VR 1.xV, 3.3V Other rails Chipset, Storage, etc., Need to use 100V MLCC for 48V power line

[Figure3. 48V power delivery]

Server System 발열 문제

또 다른 문제는 발열 이슈 입니다. CPU는 Core수가 점점 증가하고 있고, 고성능 Graphic Card 등의 가속기가 추가되며 Server, Network 시스템 내 발열 문제가 확대되고 있습니다.

VR VR VR / DDR5 CPU DDR5 / SSD Graphic Others, 데이터서버 연결 이미지

[Figure4. Server system layout]

또한, Ice Lake부터 CPU 당 지원 가능한 Memory Module이 12개에서 16개로 늘어난 데다, 자체 VR을 내장한 DDR5가 채용 되면서 System 내부의 발열이 급속히 증가하고 있어 이에 대응 가능한 고온 특성 MLCC 채택이 필요합니다.

삼성전기 1210inch, 10uF, 100V, X7S Solution (CL32Y106KCVZNWE)

이러한 고객 문제를 해결하기 위해 삼성전기는 125℃ 고온을 지원하는 10uF, 100V MLCC를 개발하였고, Network 및 Server 등 기업용 장비용으로 기존 제품보다 더 좋은 신뢰성을 보증합니다. DigiKey, Mouser Electronics를 통해 샘플 구매 가능합니다.

[DC-Bias Graph], Figure5. CL32Y106KCYZNWE DC-Bias, [Reliability Condition], General, High Reliability* / Biased Humidity 40℃ 95%RH, 65℃ 90%RH / High Temp. Load Test Max Temp., 1.0Vr, 1000hr, Max Temp., 1.5Vr, 1000hr, Figure6. CL32Y106KCVZNWE reliability spec.

샘플 요청 포함 추가 문의가 있으신 경우 여기를 클릭해 고객문의를 남겨주시기 바랍니다.

Robot 및 Network으로 응용

AI를 활용한 Warehouse Robot 이미지, Warehouse 이미지

AI를 활용한 Warehouse Robot 등 고출력을 필요로 하는 응용처에 12V 배터리 4개를 직렬로 연결한 48V Power System이 채택되고 있으며, Network장비에도 48V Power System이 사용되고 있어 삼성전기 고 신뢰성 제품 사용이 가능합니다.

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