【導讀】縱觀日益先進的通信世界，當今電力電子產(chǎn)品中頗具挑戰(zhàn)性的應用面臨尺寸、重量和功率(SWaP)等技術障礙。幾乎所有的應用似乎都在變得更小、更輕，同時需要更高的功率，優(yōu)化SWaP的需求正在以多種新的方式推動電力電子行業(yè)的發(fā)展。電源管理技術在當今的數(shù)據(jù)中心和通信行業(yè)的創(chuàng)新中發(fā)揮著重要作用。
在莫哈韋沙漠邊緣的一根25米桅桿上，一臺5G無線電收發(fā)機暴露在灼熱的環(huán)境中。無線電組件越小、越輕，無線電電子系統(tǒng)的效率越高，產(chǎn)生的熱量就越少，系統(tǒng)就越容易保持冷卻和正常運行。在一個占地1000多英畝的數(shù)據(jù)中心，服務器群正在執(zhí)行數(shù)百萬次的搜索和高需求工作負載，以滿足全世界日益增長的巨大信息需求。這項技術需要快速轉換的大電流，具有非常高的功率組件密度，從而盡可能提高效率，快速傳輸內(nèi)容。
縱觀日益先進的通信世界，當今電力電子產(chǎn)品中頗具挑戰(zhàn)性的應用面臨尺寸、重量和功率(SWaP)等技術障礙。幾乎所有的應用似乎都在變得更小、更輕，同時需要更高的功率，優(yōu)化SWaP的需求正在以多種新的方式推動電力電子行業(yè)的發(fā)展。電源管理技術在當今的數(shù)據(jù)中心和通信行業(yè)的創(chuàng)新中發(fā)揮著重要作用。
以可持續(xù)性和降低成本為目標，技術領先意味著實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。隨著通信系統(tǒng)中采用更先進的工藝技術，工作電壓降低、電流顯著增加，這對系統(tǒng)效率提出了挑戰(zhàn)。這些新一代系統(tǒng)需要考慮純硅開發(fā)以外的方法。這正是ADI公司可以帶來進步的地方。
提升無線SWaP和效率
在無線方面，重點是充分提高功率密度和盡可能構建小型解決方案，從而減小5G應用的整體尺寸，或者使之具有靈活性，以便加入額外的功能。在更小的空間中運行，意味著運行會更加經(jīng)濟高效。
無線通信技術可能帶來的選擇和進步是無止境的。ADI公司深厚的領域知識橫跨多個行業(yè)和技術，為滿足這些系統(tǒng)不斷增長的需求提供了自己的觀點和解決方案。這些意見觀點包括影響尺寸、重量和功率的系統(tǒng)封裝的替代方式，從而得到更小的占位面積、更少的元件數(shù)量和更小的電路板面積影響?？s小電路板尺寸有助于釋放空間，從而融入新技術或更多的功能，如人工智能(AI)和語音識別。
消除噪音
電子技術產(chǎn)品需要各種電壓和電流才能工作，高效的功率轉換是系統(tǒng)運行良好的關鍵，這意味著需要高頻開關功率轉換。高頻開關的一個缺點是在射頻范圍內(nèi)會產(chǎn)生電磁噪聲干擾(EMI)，這種EMI干擾可能會干擾高度敏感設備的功能，比如嵌入5G網(wǎng)絡中的射頻收發(fā)器。ADI公司的Silent Switcher?系列功率轉換器可在高頻下工作，同時盡可能提高效率，產(chǎn)生的電磁干擾為行業(yè)內(nèi)較低水平。這使得手機網(wǎng)絡設備的通信鏈路更加穩(wěn)固。
5G無線電設備負責在全球范圍內(nèi)提供手機和互聯(lián)網(wǎng)服務，讓同事、朋友和家人保持聯(lián)系。未來全球互聯(lián)的前景無疑將對全球人口的生活、學習、工作和娛樂方式產(chǎn)生巨大影響。為了實現(xiàn)這個目標，第五代無線技術需要在電力電子技術方面實現(xiàn)重大進步。而且，可靠性至關關鍵，因為產(chǎn)品的壽命取決于它。
許多5G應用程序是任務關鍵型的，并且始終處于運行狀態(tài)。醫(yī)護人員和應急響應人員依靠科技進行關鍵的通信和事件警報管理。
數(shù)據(jù)中心：云計算的支柱
企業(yè)和消費者的按需數(shù)據(jù)和存儲需求正在成倍增加。為了滿足這些需求，數(shù)據(jù)中心將需要大幅增加電力供應。這意味著高效的電力轉換是管理我們目前緊張的電網(wǎng)系統(tǒng)電力需求的一個關鍵因素。電力管理技術的改進是必要的，因為一些數(shù)據(jù)中心的耗電量抵得上一個8萬人口的小城市。
ADI電源技術開發(fā)和市場拓展總監(jiān)Gary Sapia說：“ADI公司通過提供高密度、快速響應的解決方案，為處理所有這些數(shù)據(jù)所需的先進ASIC、CPU和GPU提供支持，從而帶來增值。”為特定用途定制的專用集成電路耗電最大，在相同功率下，ADI公司的解決方案有助于降低功率轉換損耗和降低熱耗。
Google搜索中有什么？
當你搜索一張圖片時，比如說“所有鼻子扁平的狗”，搜索引擎就會啟動，對信息進行處理，并從大約20億個選擇中快速找到你要搜索的內(nèi)容。這項工作需要一個特殊的重型處理引擎，搜索使用人工智能(AI)的龐大數(shù)據(jù)庫。所有這些操作都需要一個機器網(wǎng)絡快速啟動來執(zhí)行任務，從而導致功率迅速飆升。
功率飆升就意味著電流也要飆升。這就像踩下汽車加速器的踏板：燃油噴射器打開并將氣體噴射到發(fā)動機中，帶你沖過終點線。點擊搜索時，實際上就是在推動加速器，為多個服務器提供動力。這些機器需要大量的電流來執(zhí)行你的請求——而且是現(xiàn)在就需要！
要在很短的時間內(nèi)管理電流猛增的需求，需要以高效率和非常高的帶寬運行的特殊系統(tǒng)。ADI公司的單片集成和專有耦合電感技術可以滿足這些嚴格的要求，同時提供出色的效率并降低功耗。
尺寸、重量和功耗
無論你站在什么角度，從哪個方面看，對于數(shù)據(jù)中心和所有通信行業(yè)來說，減小尺寸、減輕重量和降低功耗的需求始終是不變的。
ADI的電路和連接產(chǎn)品系統(tǒng)包括用于管理系統(tǒng)信息控制、數(shù)據(jù)收集和轉換、高精度數(shù)據(jù)傳感器、射頻無線電解決方案和高效功率轉換的集成電路。所有這些都被封裝為分立式參考設計和高度集成的特定應用模塊系統(tǒng)解決方案，稱為μModule?。
數(shù)據(jù)中心、社交媒體公司、聯(lián)網(wǎng)設備制造商、云服務提供商和搜索引擎巨頭努力實現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的可持續(xù)發(fā)展目標。美國五大科技公司（俗稱FAANG）運營著超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，它們是一些非常高效的信息工廠，每一個工廠的服務器數(shù)量都高達250萬臺。近十年來，他們一直在精簡計算流程，改用可再生能源，并研究更好的方法來冷卻其設施。這些數(shù)據(jù)巨頭還自行承擔了一項特殊的責任，那就是盡量減少對地球資源的使用。
盡量減少電力成本
隨著5G和高數(shù)據(jù)速率系統(tǒng)需求的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心的處理能力正在飛速增長。通常電力可以占到一個普通數(shù)據(jù)中心成本的一半以上，其中30%至40%用于建設冷卻系統(tǒng)。當電力和冷卻系統(tǒng)的費用仍然是運營費用的一個重要部分時，無論從財務還是業(yè)務運營角度來看，都需要降低電力消耗。
低效的電力系統(tǒng)會產(chǎn)生更多的熱量。因此，更高效的電力系統(tǒng)將需要更少的能源來運行，更少的空間用于冷卻系統(tǒng)，更少的資金用于風扇、散熱器和其他形式的熱管理。降低數(shù)據(jù)中心的電力消耗有助于通信企業(yè)更有效、更加可持續(xù)地運營。ADI公司的技術可以幫助提高FAANG公司的服務器效率并降低能耗。
智能電源管理的四個方向
為超大電流設備供電的通信公司不再依靠現(xiàn)成的組件來實現(xiàn)省電目標，他們利用突破性的材料和小型模塊，借助新的途徑實現(xiàn)更小、更輕的5G無線電。ADI公司提供適合客戶要求的定制解決方案，同時考慮智能電源管理的四個方向，助力實現(xiàn)積極的節(jié)電目標。
更小的尺寸
無論是在龐大的數(shù)據(jù)中心還是5G無線電桅桿的頂部，尺寸同樣重要。使用較少的金屬、塑料及其它資源的較小電子電路有助于技術領導者實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標。
更小的電源電路
服務器系統(tǒng)的外形尺寸是整個行業(yè)的標準。提高ASIC的吞吐量性能需要大幅提高功率。在尺寸限制不變的情況下，開發(fā)人員能否提高吞吐能力（信息處理量）？
ADI工程開發(fā)人員通過提供先進的高功率密度解決方案，做到了這一點。他們通過先進的集成和專有磁技術實現(xiàn)增值，以更高的效率和更小的尺寸提供更多功率。從本質上講，通過ADI的創(chuàng)新，相同體積的解決方案，計算能力更強。
先進技術
電路與電磁功能設計、封裝、集成方面的改進也在縮小無線及有線通信設備的電源系統(tǒng)尺寸。由ADI公司首創(chuàng)的μModule技術提供了業(yè)界最高的功率密度解決方案，多個功率元件組成了一個完整的電源解決方案，封裝在一個表面貼裝的基板內(nèi)。一個將輸入總線電壓向下轉換為系統(tǒng)級電壓的傳統(tǒng)電源電路最多可能包含30個獨立的元件。通過將這些電路元件整合到一個μModule器件中，設備制造商可以縮小電源電路的尺寸，使其更靠近負載，從而簡化設計，優(yōu)化系統(tǒng)性能。
隨著工藝技術的改進，系統(tǒng)電壓越來越低，而電流需求以非線性的方式增加。流經(jīng)配電網(wǎng)絡電阻的電流急劇增加，會產(chǎn)生損耗，大大影響系統(tǒng)的電源效率和功耗（體現(xiàn)為熱量）。我們都知道，功率損耗與電流的平方值成正比。我們面臨的最大挑戰(zhàn)是如何減少這種損耗。ADI公司的μModule技術可以直面解決這個挑戰(zhàn)。
智能系統(tǒng)管理
為了提高峰值運行效率，需要通過智能系統(tǒng)管理來有效管理和控制電源系統(tǒng)。5G無線電和數(shù)據(jù)中心服務器系統(tǒng)可以從當今的新技術受益，這使得運營商能夠通過應用從運營數(shù)據(jù)中得到的洞察信息，逐步提高效率和可靠性。Ai或智能電源讓數(shù)據(jù)中心運營商能夠監(jiān)測電力使用情況，并根據(jù)需要隨時關閉或啟動服務器機架，從而節(jié)約能源。而沒有智能系統(tǒng)管理的設施可能會在非高峰時段不必要的情況下開啟服務器。通過使用ADI的智能系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)中心運營商可以節(jié)約高達25%的電力，同時減少電費開支。
安全和可靠性
數(shù)據(jù)中心需要大量電力才能運行。監(jiān)測和控制電源故障，對安全和可靠性至關重要。ADI公司的智能熱插拔技術在提供所需的系統(tǒng)監(jiān)測和控制方面確立了行業(yè)標準，確保了數(shù)據(jù)中心的安全可靠運行。
熱插拔可確保以安全的方式控制輸入電流，防止元件壓力導致系統(tǒng)故障和元件壽命性能下降。發(fā)生故障時，熱插拔會向系統(tǒng)發(fā)出警報，并嘗試限制故障狀況或立即關斷，從而防止發(fā)生火災等災難性事故。熱插拔的智能技術可以管理機架安裝板級電壓和電流，無需關斷整個機架或系統(tǒng)的電源，也能安全地安裝備用板（或線卡）。這樣就可以對單個單元進行可靠的維修，盡可能減少服務中斷，從而節(jié)省時間和成本。
ADI公司的智能熱插拔解決方案是一項先進的技術，可確保系統(tǒng)高效、安全、可靠地運行，這些都是任何高功率數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的關鍵參數(shù)。
可持續(xù)發(fā)展解決方案
手機和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務是世界上大多數(shù)人保持聯(lián)系和獲取信息的途徑。這些技術的龐大規(guī)模對環(huán)境和財務都有巨大的影響。這就是電源管理技術創(chuàng)新有望提高效率、增強可持續(xù)性的原因所在。
低耗電可持續(xù)解決方案在各種應用中的重要性日益增加，功率半導體是實現(xiàn)這一目標的核心。但技術只是一個起點。ADI致力于使電力電子系統(tǒng)設計人員更輕松地將安全可靠的數(shù)據(jù)中心和通信創(chuàng)新推向市場，并實現(xiàn)造福于地球及全世界人口的可持續(xù)未來目標。
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