Proč je cloud izolovaný?

S požadavkem na vyhledávání a přenos informací se v současném věku bitů a bajtů setkáváme dnes a denně. Ať již budeme čekat na vlak, nebo ve frontě v potravinách, máme s sebou chytré telefony, se kterými píšeme zprávy, kontrolujeme e-maily nebo se připojujeme k sociálním sítím. Zastavili jste se však někdy a položili si otázku, odkud tyto informace vlastně pochází? Odpovědí je cloud – „tahoun“ stojící v pozadí vzájemné propojitelnosti v reálném čase napříč celým světem. Vyhledávání a ukládání dat, např. hudebních playlistů či video streamů, se tak odehrává někde v zákulisí, a ještě k tomu vyžaduje spoustu energie. A to je také důvod, proč musí být cloud izolovaný.

Nejprve se však podívejme, kde je cloud fyzicky umístěn, tj. do datových center. K přenosu dat zde slouží telekomunikační sítě využívající optická vlákna, koaxiální kabely nebo bezdrátové šíření vzduchem. Co se však uvnitř takového cloudu skrývá? První vrstva bude tvořena jednotkou dodávající potřebnou energii, zdrojem napájení. Proč je napájecí zdroj tak důležitý? Veškeré informace máme k dispozici na (cloudových) serverech, které k ukládání a vyhledávání informací pro zákazníky energii prostě vyžadují. Takové jednotky pak budou mimo běžnou rozvodnou síť pracovat v řádu stovek až tisíců wattů a se střídavým napětím stovek až tisíců voltů, takže o nich hovoříme jako o vysokonapěťových.

Pracujeme-li někde s vysokým napětím nebo výkony, je nezbytně nutné zajistit bezpečnost obsluhy. Serverové systémy dále využívají i nižší napětí – jednotky pro jeho stabilizaci, komunikaci nebo rozhraní člověk–stroj (tzv. HMI), které slouží ke vzájemné komunikaci mezi servery a jejich obsluhou. Jakékoli selhání nebo zhoršení izolačních vlastností mezi vysokonapěťovou stranou a rozhraním HMI může znamenat i smrt, poškození techniky nevyjímaje. Jak tedy ochránit lidi a již zmiňované systémy s nižším napětím před neštěstím?

Odpovědí je galvanické oddělení. Izolační prvek, v tomto případě polovodičový integrovaný obvod, umožňuje přenos energie včetně dat mezi stranami s rozdílnými úrovněmi a zároveň zamezí prostupu jakýchkoli nebezpečných napětí, resp. neřízených přechodových jevů ze strany napájecí sítě – například při úderu blesku.

Lidé však dychtí po stále větším množství informací. Ať již to bude sledování videa, nebo poslech oblíbených skladeb na přeplněných místech – v nákupním centru nebo na letišti, spotřeba dat už jen a jen roste. A nejen to, lidé si rychle zvykli dostávat vše okamžitě a bez čekání. Prostor v cloudu se pak musí rovněž zvětšovat, což zase znamená dodávku stále většího množství energie. Budeme však omezeni fyzickými rozměry, zatímco další navyšování plochy stojí peníze a je nehospodárné.

Způsoby, jak zajistit bezpečný provoz spolu s rostoucími požadavky na množství dat, máme dva: zvýšit výkonovou hustotu a umožnit robustní oddělení. V prvním případě citelně zvedneme účinnost napájecího zdroje včetně jeho spínacího kmitočtu měřeného v kHz. Pomůže nám to zmenšit výsledné rozměry. Pro zajištění odpovídající odolnosti se zase postaráme o to, aby byl izolační prvek rovnou součástí systému, a to tak, že jeho integrací spolu s dalším klíčovým obvodem typu vysokorychlostního buzení hradla znovu ušetříme výslednou plochu na desce napájecího zdroje. Hovoříme pak o budiči hradla s oddělením (Isolated Gate Driver).

Přesně takový budič, např. UCC21520 (www.ti.com/ product/UCC21520), poskytovatelům služeb pomáhá s navýšením výkonnosti datových center nebo i základnových stanic a zpracováním neustále rostoucích objemů při udržení stejných rozměrů zdroje napájení. O vývoj a výrobu napájecích zdrojů se obvykle starají externí firmy, které je datovým centrům i dodávají. Ta pak mohou část svého prostoru v cloudu pronajímat svým zákazníkům. Kam tedy mířila úvodní otázka ohledně izolace cloudu? Zcela nepochybně k těmto vyšším výkonům a napětím. Jsou to procesy běžící někde v zákulisí, které je nutné chránit vhodným galvanickým oddělením.

Pokud tedy ve špičkových aplikacích typu cloudových serverů apod. řešíte otázku robustního oddělení spolu s vyšší hustotou výkonu na omezené ploše, zvažte možnosti posíleného budiče hradla s oddělením, obvodu UCC21520. S ucelenou nabídkou se v této oblasti blíže seznámíte na stránkách Texas Instruments (www.ti.com). Další příspěvek se pak v blogu hodlá věnovat ještě i jiným návrhům, ve kterých musíme s vysokou hustotou výkonu a kvalitním oddělením rovněž počítat – solárním invertorům, elektrickým a hybridním vozidlům nebo též vybraným oblastem medicíny.