소개
AI 랙의 배전이 고전압 직류로 바뀐 뒤에도 GPU 직전의 저전압 대전류 변환단은 남는다. 이 변환단을 부하 가까이 옮기는 문제를 냉각 구조의 관점에서 정리한 기술 자료다.
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요약
AI 랙 배전이 800 VDC로 바뀌어도 고전압을 저전압 대전류로 바꾸는 변환단은 GPU 직전에 남는다. 이 변환단을 부하 쪽으로 옮기지 못하게 막는 것은 열이다. 단면냉각 패키지는 열출구가 하나이고 TIM 계면이 열저항의 큰 몫을 차지한다. RBSC 두 전극면을 직접냉각면으로 쓰는 양면 구조와 냉각 슬롯 삽입 조건을 다룬다.
결론
AI 성능은 GPU 한 개의 속도보다 하나의 저지연 스케일업 도메인에 묶을 수 있는 GPU 수로 정해지는 방향으로 이동하고 있다. 이 집적을 막아 온 것은 전력설비의 부피다. 54 V 구조에서는 전원 셸프가 컴퓨트 공간을 잠식하므로 랙 배전이 800 VDC로 바뀐다. 다만 800 V가 GPU에 직접 공급되는 것은 아니며, 고전압을 저전압 대전류로 바꾸는 변환단은 그대로 남는다. 600 kW를 48 V로 전달하면 12,500 A가 흐르므로(산술값) 전압을 더 올리는 것으로는 이 구간이 풀리지 않는다. 따라서 질문은 변환단을 부하에 얼마나 가까이 붙일 수 있느냐로 옮겨 가고, 그 위치를 정하는 것은 전기 설계가 아니라 냉각 구조다. 한 면이 기판이고 반대 면이 몰드인 단면냉각 패키지에서 열은 하부로만 빠진다. 이 직렬 경로 끝의 TIM 계면이 전체 열저항의 최대 약 60%를 차지한다(외부 공개자료 기준). 쿨스 구조는 반응소결 탄화규소(RBSC) 상·하부를 전극이자 직접냉각면으로 쓴다. 인터포저와 추가 접합계면 없이 TIM 계면을 없애고, 남은 열경로를 상·하부 두 갈래로 병렬화한다. 대표 설계 모델 기준으로 TIM 제거로 열저항이 절반 이하가 되고 양면 병렬화로 다시 절반이 되어 방열성능은 약 5배가 된다. 실측값이 아니라 설계 모델에 따른 값이다. 적용의 제약은 소자 성능보다 두께와 면 구성이다. 예시 냉각 슬롯 설계조건 4 mm에 대해 대표 상용 모듈과 냉각체 조합은 17 mm 이상이고, 쿨스 개념 설계 목표두께는 3.2 mm다. 모두 설계 예시 기준의 비교이며 산업 공통 규격이나 실측 확정치가 아니다. 이 두께가 성립하면 중앙집중식 저전압 변환·배전 기능의 일부가 컴퓨트 트레이와 냉각계 안으로 분산되고, 저전압 대전류 배선 길이가 랙 규모에서 트레이·패키지 규모로 줄어든다. 이때 기대되는 부수 효과는 AI 부하 급변에 대한 전원 응답 개선이며, 실측 이전 단계의 예상 효과다. 같은 논리는 시간축에도 적용된다. 데이터센터가 공간에 전력을 집적한다면 펄스 시스템은 시간에 집적하며, 고에너지 시스템의 상한은 최고출력보다 반복 가능성이 정한다. 1차 목표 제품은 800 V AI 랙용 RBSC 양면 직접냉각 SiC 전력타일이며, 타일 단위로 용량을 늘리고 같은 냉각 루프를 공유하는 방식으로 확장한다. 치수는 개념 설계값이다.
주제
- 전력반도체
- 열제어
