【解決方案】用先進的電源管理技術滿足 5G 通訊和數據中心的需求| 安馳科技股份有限公司 Macnica Anstek Inc.

5G 無線電收發器位於莫哈韋沙漠邊緣的 25 米桅杆上，暴露在灼熱的高溫下。無線電組件越小越輕，無線電的電子系統越高效，它們產生的熱量就越少，並且更容易保持系統冷卻和運行。在一個佔地 1000 多英畝的數據中心中，成排的服務器正在執行數百萬次搜索和高需求的工作負載，以滿足日益增長的信息需求。該技術需要快速轉換的大電流，以及非常高的功率組件密度，以最大限度地提高效率以快速交付內容。

安馳科技5G

在不斷發展的通信世界中，當今電力電子最具挑戰性的應用面臨著尺寸、重量和功率 (SWaP) 的技術障礙。幾乎每個應用程序似乎都變得更小更輕，同時需要更多功率。優化 SWaP 的需求正在以許多新的方式推動電力電子行業。電源管理技術在當今數據中心和通信行業的創新中發揮著重要作用。

以可持續性和降低成本為目標，技術領先意味著更高的系統效率為目標。隨著通信系統中使用更先進的工藝技術，工作電壓降低，電流顯著增加，這對系統效率提出了挑戰。這些下一代系統需要考慮超越純矽開發的方法。這就是 ADI 有望帶來進步的地方。

提高無線交換和效率

在無線方面，重點是最大限度地提高功率密度和盡可能小的解決方案，以減小 5G 應用的整體尺寸或提供靈活性以整合額外的能力或功能。在更小的空間內運營意味著更具成本效益和更高效的運作。

無線通信技術的可能選擇和進步是無窮無盡的。ADI 深厚的領域知識跨越行業和技術，提供滿足這些系統不斷增長的需求的觀點和解決方案。洞察力包括影響尺寸、重量和功率的系統封裝替代方法，從而產生更小的佔位面積、更少的組件數量和更小的電路板面積影響。減小董事會的規模具有釋放空間以包含新技術或附加功能（如人工智能 (AI) 和語音識別）的附加價值。

低噪音系統需要較少的屏蔽；
更少的屏蔽需要更輕的重量和更小的尺寸。

消除噪音

電子技術產品需要各種電壓和電流才能運行。高效的電源轉換是運行良好的系統的關鍵。這意味著需要高頻開關電源轉換。高頻開關的一個缺點是在射頻範圍內會產生電磁噪聲干擾 (EMI)。這種 EMI 干擾會破壞高度敏感設備的功能，例如嵌入 5G 網絡中的射頻收發器。ADI 的 Silent Switcher ®系列電源轉換器在高頻下工作，同時最大限度地提高效率——產生業界最低的電磁干擾 (EMI)。這導致手機網絡設備中的通信鏈路更加健壯。

5G 無線電裝置負責在全球範圍內提供蜂窩和互聯網服務，讓員工、朋友和家人保持聯繫。全球互聯未來的承諾無疑將對世界人口的生活、學習、工作和娛樂方式產生巨大影響。第五代無線技術需要電力電子技術取得重大進展才能實現這一目標。而且，可靠性至關重要，因為生命可能取決於它。

安馳科技ADI 許多 5G 應用程序都是任務關鍵型的，並且始終處於運行狀態。醫護人員和應急響應人員依靠技術進行關鍵通信和事件警報管理。

數據中心：雲計算的支柱

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企業和消費者對按需數據和存儲的需求呈指數級增長。為了滿足這些需求，數據中心將需要大幅增加電力。這意味著高效的電力轉換是管理我們已經緊張的電網系統電力需求的關鍵因素。電源管理技術的改進是必要的，因為一些數據中心消耗的電力相當於一個擁有 80,000 人口的小城市。

“ADI 通過提供高密度、快速響應的解決方案來為處理所有這些數據所需的高級 ASIC、CPU 和 GPU 提供動力，從而帶來附加值，”Gary Sapia 說。

為特定用途定制設計的專用集成電路是最大的電力消耗者。對於相同的功率，ADI 的解決方案有助於降低功率轉換損耗和散熱。

谷歌搜索中有什麼？

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當你搜索一張圖片時——比如說“所有鼻子扁平的狗”，搜索引擎就會退出，對信息進行處理，然後從大約 20 億個選項中快速找到它。這項工作需要一個特殊的重型處理引擎，搜索一個使用人工智能 (AI) 的龐大數據庫。

所有這些操作都需要一個機器網絡快速啟動以執行任務，從而導致功率迅速飆升。

尖峰功率意味著尖峰電流。這類似於推動汽車加速器的踏板——燃油噴射器打開並將氣體噴射到發動機中，帶你越過終點線。單擊搜索時，您實際上是在推動加速器，為許多服務器提供動力。這些機器需要大量電流來執行您的請求——它們現在就需要它！

模擬設備的電源管理技術解決方案提供數百安培並打開網關所需的時間。這些解決方案提供了非常快速的瞬態響應。

要在非常短的時間內管理當前需求，需要以高效率和非常高的帶寬運行的特殊系統。ADI 的單片集成和專有的耦合電感器技術可以滿足這些嚴格的要求，同時提供卓越的效率並降低功耗。

尺寸、重量和功率

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無論您處於什麼有利位置，無論您在哪裡看，減小尺寸、重量和功率的需求對於數據中心和所有通信行業來說都是不變的。

ADI 的電路和連接產品系統包括管理系統信息控制、數據收集和轉換、高精度數據傳感器、RF 無線電解決方案和高效電源轉換的集成電路 (IC)。所有這些都封裝為分立參考設計和高度集成的專用模塊系統解決方案，稱為 µModule ®。

數據中心、社交媒體公司、聯網設備製造商、雲服務提供商和搜索引擎巨頭努力實現具有挑戰性的可持續發展目標。美國的五家主要科技公司，被親切地稱為 FAANG，運營著超大規模的數據中心——超級高效的信息工廠，每家擁有多達 250 萬台服務器。近十年來，他們一直在簡化計算流程，改用可再生能源，並研究更好的方法來冷卻他們的設施。這些數據巨頭自己承擔了一項特殊責任，以盡量減少對地球資源的使用。

最大限度地降低電力成本

隨著 5G 的出現和對高數據速率系統的需求，數據中心的處理能力正在飛速增長。電力可佔典型數據中心成本的一半以上，其中 30% 至 40% 歸因於建築冷卻系統。當電力和冷卻系統的費用仍然是運營費用的重要組成部分時，降低功耗具有合理的財務和商業意義。

低效的電力系統會產生熱量。因此，更高效的電力系統將需要更少的能源來運行，更少的空間用於冷卻系統，更少的資金用於風扇、散熱器和其他形式的熱管理。降低數據中心的功耗有助於通信業務更有效、更可持續地運營。ADI 的技術可以幫助提高 FAANG 服務器的效率並降低功耗。

智能電源管理的四個方面

權力的創新遵循四個向量。

為超大電流設備供電的通信公司不再依賴於使用現成的組件達到節能目標。他們利用突破性材料和小型模塊為他們提供通往更小、更輕的 5G 無線電的新途徑。ADI 提供量身定制的解決方案以滿足客戶要求，同時考慮智能電源管理的四個向量來實現積極的節能目標。

在龐大的數據中心和 5G 無線電桅杆的頂部，尺寸同樣重要。使用較少金屬、塑料和其他資源的較小電子電路有助於技術領導者實現其可持續發展目標。

更小的電源電路

服務器系統外形尺寸是整個行業的標準。提高 ASIC 吞吐量性能需要顯著增加功率。給定不變的尺寸限制，工程師能否提高吞吐能力（信息處理）？

答案：ADI 工程通過提供業界最高功率密度的解決方案使這成為可能——通過先進的集成和專有磁性增加價值，以更高的效率和更小的空間提供更多的功率。從本質上講，通過 ADI 的創新，可以在相同的體積中包含更多的計算能力。

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先進技術

電路和磁性設計、封裝和集成方面的改進也在縮小無線和有線通信設備中的電源系統。由 ADI 率先推出的µModule ®技術提供了業界最高的功率密度解決方案，因為構成完整電源解決方案的多個電源組件被封裝在單個表面貼裝基板內。將輸入總線電壓下變頻為系統級電壓的傳統電源電路可能包含多達 30 個單獨的組件。通過將這些電路元件組合到單個 µModule 器件中，設備製造商可以縮小電源電路的佔位面積、將其放置在更靠近負載的位置、簡化設計並優化系統性能。

隨著工藝技術的改進，系統電壓變得更低，電流需求以非線性方式增加。配電網絡 (PDN) 電阻上的電流急劇增加會產生損耗，從而顯著影響系統電源效率和熱量形式的功耗。眾所周知，功率損耗隨電流的平方而增加。我們最大的挑戰是減少這種損失。這就是 ADI 的 µModule 技術直面挑戰的地方。

智能系統管理

為了驅動峰值運行效率，需要智能系統管理來有效地管理和控制電力系統。5G 無線電和數據中心服務器系統可以從當今的新技術中受益，這使運營商能夠通過應用從運營數據中獲得的洞察力來逐步提高效率和可靠性。人工智能或智能電源使數據中心運營商能夠監控電源使用情況，並根據需要即時關閉或啟動服務器機架以節省能源。沒有智能系統管理的設施最終可能會在非高峰時段不必要地打開服務器。通過使用 ADI 的智能系統管理，數據中心運營商可以在降低電費的同時實現高達 25% 的節電。