Forschung -

Kleinere Komponenten bieten große Energieeinsparungen

Forscher von Princeton und MIT haben einen Weg gefunden, um den Stromverbrauch von Rechenzentren erheblich zu senken und gleichzeitig eine wichtige Elektronikkomponente viel kleiner zu machen.

Dieses Bauelement, der sogenannte Leistungswandler, optimiert den Stromfluss der einzelnen Computerteile. Alle Computer benötigen Konverter zur Stromversorgung, aber die Forscher konzentrieren sich auf diejenigen, die in Rechenzentren arbeiten.

In Artikeln, die in "IEEE Transactions on Power Electronics" veröffentlicht wurden, beschreiben die Forscher zwei Aspekte eines neuen Ansatzes zur Entwicklung von Leistungswandlern, die ihr Volumen verringern und gleichzeitig die Energieeffizienz erhöhen.

"Jede Kilowattstunde, die für die Stromversorgung von Rechenzentren erzeugt wird, durchläuft mehrere Umsetzerstufen", sagte die Assistenzprofessorin Minjie Chen von der Princeton University, Hauptautorin der beiden Beiträge.

"Durch die Verbesserung ihrer Effizienz und die Verkleinerung können die Rechenzentren kleiner und leistungsfähiger werden und gleichzeitig weniger Strom für den gleichen Bedarf verbrauchen."

Derzeit sind die Umrichter entweder ein- oder mehrstufig. Die einstufigen Versionen sind billig in der Herstellung, aber weniger anspruchsvoll und werden nicht für Hochleistungssysteme wie Rechenzentren eingesetzt. Mehrstufige Versionen bieten zwar eine bessere Performance, aber ihre Komplexität macht sie teurer und schwieriger zu fertigen.

Chens Ansatz kombiniert die beiden Versionen zu einem neuen Typ, der als vereinter mehrstufiger Stromrichter bezeichnet wird. Das neue Konzept erhält die Leistung des mehrstufigen Umrichters, ist aber kostengünstiger und energieeffizienter.

Dieser Ansatz verwendet ein modulares Designverfahren mit rekonfigurierbaren Teilen, wodurch die Umrichter sowohl physikalisch kleiner als auch elektronisch anspruchsvoller sind als die älteren Versionen.

Im Falle einer Akzeptanz könnten Rechenzentren die dreifache Anzahl von Servern in einem bestimmten Raum aufnehmen. Und die Forscher schätzen, dass ihre Technologie den Energieverlust im Vergleich zu führenden kommerziellen Geräten um 25 Prozent reduzieren würde.

Eine breite Anwendung des vorgeschlagenen Systems durch Rechenzentren könnte den Stromverbrauch in den USA um mehr als 500 Millionen US-Dollar pro Jahr senken. Im Hinblick auf den Verbrauch an fossilen Brennstoffen entspricht diese Zahl dem Wegfall von 1 Million Autos pro Jahr.

Die Verlagerung des Konzepts vom Labor in die Industrie erfordert, dass die Ingenieure einen neuen Satz von Werkzeugen und Konzepten erlernen, die auf den einzigartigen Design- und Kontrollmethoden der Technologie basieren. "Unsere Entwurfsmethode unterscheidet sich deutlich von dem, was Unternehmen derzeit kennen", sagte Chen.

Dennoch sieht Chen eine Zukunft, in der ihr Konzept zu Stromrichtern führt, die mit Software für jeden beliebigen Einsatzzweck programmiert werden können - nur eine Einheit, die für den Einsatz in Solaranlagen, Serverfarmen oder Elektrofahrzeugen reprogrammiert werden kann. Das langfristige Ziel sei "Hardware, die eine große Flexibilität im Umgang mit Energie bietet".

Weitere Forscher an diesem Projekt waren Khurram Afridi, University of Colorado, Boulder (jetzt Cornell University), Sombuddha Chakraborty, Texas Instruments und David Perreault, Massachusetts Institute of Technology.

Die beiden Forschungsberichte wurden von der IEEE Power Electronics Society 2017 und 2018 mit dem ersten und zweiten Platz ausgezeichnet. Das Forschungsvorhaben wurde zum Teil von Texas Instruments und dem 'Siebel Energy Institute' gefördert.

Weitere Beiträge zum Thema Forschung Alle Artikel des Ressorts
© elektronikinformationen.de 2019 - Alle Rechte vorbehalten