Gary Sapia,
電源技術開發和市場拓展總監
ADI公司
Andrea Pizzutelli,
數據中心設備產品應用高級總監
ADI公司
在莫哈韋沙漠邊緣的一根25米桅杆上，一台5G無線電收發機暴露在灼熱的環境中。無線電組件越小、越輕，無線電電子系統的效率越高，產生的熱量就越少，系統就越容易保持冷卻和正常運行。在一個佔地1000多英畝的數據中心，服務器群正在執行數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，快速傳輸內容。
縱觀日益先進的通訊世界，當今電力電子產品中頗具挑戰性的應用面臨尺寸、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。優化SWaP的需求正在以多種新的方式推動電力電子行業的發展。電源管理技術在當今的數據中心和通訊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，技術領先意味著實現更高的系統效率。隨著通訊系統中採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。這些新一代系統需要考慮純矽開發以外的方法。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濟高效。
無線通訊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和技術，為滿足這些系統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、重量和功率的系統封裝的替代方式，從而得到更小的佔位面積、更少的元件數量和更小的電路板面積影響。縮小電路板尺寸有助於釋放空間，從而融入新技術或更多的功能，如人工智能(AI)和語音識別。
低雜訊系統可以使用較少的屏蔽；
較少的屏蔽可以使的系統重量更輕、尺寸更小。
消除雜訊
電子技術產品需要各種電壓和電流才能工作。高效的功率轉換是系統運行良好的關鍵。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範圍內會產生電磁雜訊干擾(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網絡中的射頻收發器。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，產生的電磁干擾為行業內較低水平。這使得手機網絡設備的通訊鏈路更加穩固。
5G無線電設備負責在全球範圍內提供手機和互聯網服務，讓同事、朋友和家人保持聯繫。未來全球互聯的前景無疑將對全球人口的生活、學習、工作和娛樂方式產生巨大影響。為了實現這個目標，第五代無線技術需要在電力電子技術方面實現重大進步。而且，可靠性至關關鍵，因為產品的壽命取決於它。
許多5G應用程序是任務關鍵型的，並且始終處於運行狀態。醫護人員和應急響應人員依靠科技進行關鍵的通訊和事件警報管理。
數據中心：雲計算的支柱
205
太瓦時
2018年全球數據中心
的用電量
企業和消費者的按需數據和存儲需求正在成倍增加。為了滿足這些需求，數據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系統電力需求的一個關鍵因素。電力管理技術的改進是必要的，因為一些數據中心的耗電量抵得上一個8萬人口的小城市。
Gary Sapia說：“ADI公司透過提供高密度、快速響應的解決方案，為處理所有這些數據所需的先進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於降低功率轉換損耗和降低熱耗。
Google搜索中有什麼？
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，對訊息進行處理，並從大約20億個選擇中快速找到你要搜索的內容。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)的龐大數據庫。
所有這些操作都需要一個機器網絡快速啟動來執行任務，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：燃油噴射器打開並將氣體噴射到發動機中，帶你衝過終點線。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行你的請求--而且是現在就需要！
要在很短的時間內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。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並降低功耗。
尺寸、重量和功耗
無論你站在什麼角度，從哪個方面看，對於數據中心和所有通訊行業來說，減小尺寸、減輕重量和降低功耗的需求始終是不變的。
ADI的電路和連接產品系統包括用於管理系統訊息控制、數據收集和轉換、高精度數據傳感器、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。美國五大科技公司（俗稱FAANG）運營著超大規模的數據中心，它們是一些非常高效的訊息工廠，每一個工廠的服務器數量都高達250萬台。近十年來，他們一直在精簡計算流程，改用可再生能源，並研究更好的方法來冷卻其設施。這些數據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和高數據速率系統需求的出現，數據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據中心成本的一半以上，其中30%至40%用於建設冷卻系統。當電力和冷卻系統的費用仍然是運營費用的一個重要部分時，無論從財務還是業務運營角度來看，都需要降低電力消耗。
低效的電力系統會產生更多的熱量。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。降低數據中心的電力消耗有助於通訊企業更有效、更加可持續地運營。ADI公司的技術可以幫助提高FAANG公司的服務器效率並降低能耗。
智慧電源管理的四個方向
電源方面的創新遵循四個方向。
為超大電流設備供電的通訊公司不再依靠現成的組件來實現省電目標。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，同時考慮智慧電源管理的四個方向，助力實現積極的節電目標。
無論是在龐大的數據中心還是5G無線電桅杆的頂部，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
服務器系統的外形尺寸是整個行業的標準。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，開發人員能否提高吞吐能力（訊息處理量）？
答案是：ADI工程開發人員通過提供先進的高功率密度解決方案，做到了這一點。他們透過先進的集成和專有磁技術實現增值，以更高的效率和更小的尺寸提供更多功率。從本質上講，透過ADI的創新，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訊設備的電源系統尺寸。由ADI公司首創的µModule ®技術提供了業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。一個將輸入總線電壓向下轉換為系統級電壓的傳統電源電路最多可能包含30個獨立的元件。透過將這些電路元件整合到一個µModule裝置中，設備製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，優化系統性能。
隨著工藝技術的改進，系統電壓越來越低，而電流需求以非線性的方式增加。流經配電網絡電阻的電流急劇增加，會產生損耗，大大影響系統的電源效率和功耗（體現為熱量）。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是如何減少這種損耗。ADI公司的µModule技術可以正面解決這個挑戰。
智慧系統管理
為了提高峰值運行效率，需要透過智慧系統管理來有效管理和控制電源系統。5G無線電和數據中心服務器系統可以從當今的新技術受益，這使得運營商能夠透過應用從運營數據中得到的洞察訊息，逐步提高效率和可靠性。AI 或智慧電源讓數據中心運營商能夠監測電力使用情況，並根據需要隨時關閉或啟動服務器機架，從而節約能源。而沒有智慧系統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。透過使用ADI的智慧系統管理，數據中心運營商可以節約高達25%的電力，同時減少電費開支。
安全和可靠性
數據中心需要大量電力才能運行。監測和控制電源故障，對安全和可靠性至關重要。ADI公司的智慧熱插拔技術在提供所需的系統監測和控制方面確立了行業標準，確保了數據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故障和元件壽命性能下降。發生故障時，熱插拔會向系統發出警報，並嘗試限制故障狀況或立即關斷，從而防止發生火災等災難性事故。
熱插拔的智慧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，從而節省時間和成本。
ADI公司的智慧熱插拔解決方案是一項先進的技術，可確保系統高效、安全、可靠地運行，這些都是任何高功率數據中心系統的關鍵參數。
可持續發展解決方案
手機和互聯網數據服務是世界上大多數人保持聯繫和獲取訊息的途徑。這些技術的龐大規模對環境和財務都有巨大的影響。這就是電源管理技術創新有望提高效率、增強可持續性的原因所在。
低耗電可持續解決方案在各種應用中的重要性日益增加。功率半導體是實現這一目標的核心。但技術只是一個起點。ADI致力於使電力電子系統設計人員更輕鬆地將安全可靠的數據中心和通訊創新推向市場，並實現造福於地球及全世界人口的可持續未來目標。
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