【導讀】縱觀(guān)日益先進(jìn)的通信世界，當今電力電子產(chǎn)品中頗具挑戰性的應用面臨尺寸、重量和功率(SWaP)等技術(shù)障礙。幾乎所有的應用似乎都在變得更小、更輕，同時(shí)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(dòng)電力電子行業(yè)的發(fā)展。電源管理技術(shù)在當今的數據中心和通信行業(yè)的創(chuàng )新中發(fā)揮著(zhù)重要作用。
在莫哈韋沙漠邊緣的一根25米桅桿上，一臺5G無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機暴露在灼熱的環(huán)境中。無(wú)線(xiàn)電組件越小、越輕，無(wú)線(xiàn)電電子系統的效率越高，產(chǎn)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(gè)占地1000多英畝的數據中心，服務(wù)器群正在執行數百萬(wàn)次的搜索和高需求工作負載，以滿(mǎn)足全世界日益增長(cháng)的巨大信息需求。這項技術(shù)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(guān)日益先進(jìn)的通信世界，當今電力電子產(chǎn)品中頗具挑戰性的應用面臨尺寸、重量和功率(SWaP)等技術(shù)障礙。幾乎所有的應用似乎都在變得更小、更輕，同時(shí)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(dòng)電力電子行業(yè)的發(fā)展。電源管理技術(shù)在當今的數據中心和通信行業(yè)的創(chuàng )新中發(fā)揮著(zhù)重要作用。
以可持續性和降低成本為目標，技術(shù)領(lǐng)先意味著(zhù)實(shí)現更高的系統效率。隨著(zhù)通信系統中采用更先進(jìn)的工藝技術(shù)，工作電壓降低、電流顯著(zhù)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硅開(kāi)發(fā)以外的方法。這正是ADI公司可以帶來(lái)進(jìn)步的地方。
提升無(wú)線(xiàn)SWaP和效率
在無(wú)線(xiàn)方面，重點(diǎn)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(zhù)運行會(huì )更加經(jīng)濟高效。
無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可能帶來(lái)的選擇和進(jìn)步是無(wú)止境的。ADI公司深厚的領(lǐng)域知識橫跨多個(gè)行業(yè)和技術(shù)，為滿(mǎn)足這些系統不斷增長(cháng)的需求提供了自己的觀(guān)點(diǎn)和解決方案。這些意見(jiàn)觀(guān)點(diǎn)包括影響尺寸、重量和功率的系統封裝的替代方式，從而得到更小的占位面積、更少的元件數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(shù)或更多的功能，如人工智能(AI)和語(yǔ)音識別。
消除噪音
電子技術(shù)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運行良好的關(guān)鍵，這意味著(zhù)需要高頻開(kāi)關(guān)功率轉換。高頻開(kāi)關(guān)的一個(gè)缺點(diǎn)是在射頻范圍內會(huì )產(chǎn)生電磁噪聲干擾(EMI)，這種EMI干擾可能會(huì )干擾高度敏感設備的功能，比如嵌入5G網(wǎng)絡(luò )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(shí)盡可能提高效率，產(chǎn)生的電磁干擾為行業(yè)內較低水平。這使得手機網(wǎng)絡(luò )設備的通信鏈路更加穩固。
5G無(wú)線(xiàn)電設備負責在全球范圍內提供手機和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，讓同事、朋友和家人保持聯(lián)系。未來(lái)全球互聯(lián)的前景無(wú)疑將對全球人口的生活、學(xué)習、工作和娛樂(lè )方式產(chǎn)生巨大影響。為了實(shí)現這個(gè)目標，第五代無(wú)線(xiàn)技術(shù)需要在電力電子技術(shù)方面實(shí)現重大進(jìn)步。而且，可靠性至關(guān)關(guān)鍵，因為產(chǎn)品的壽命取決于它。
許多5G應用程序是任務(wù)關(guān)鍵型的，并且始終處于運行狀態(tài)。醫護人員和應急響應人員依靠科技進(jìn)行關(guān)鍵的通信和事件警報管理。
數據中心：云計算的支柱
企業(yè)和消費者的按需數據和存儲需求正在成倍增加。為了滿(mǎn)足這些需求，數據中心將需要大幅增加電力供應。這意味著(zhù)高效的電力轉換是管理我們目前緊張的電網(wǎng)系統電力需求的一個(gè)關(guān)鍵因素。電力管理技術(shù)的改進(jìn)是必要的，因為一些數據中心的耗電量抵得上一個(gè)8萬(wàn)人口的小城市。
ADI電源技術(shù)開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)拓展總監Gary Sapia說(shuō)：“ADI公司通過(guò)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(jìn)ASIC、CPU和GPU提供支持，從而帶來(lái)增值?！睘樘囟ㄓ猛径ㄖ频膶?zhuān)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(shí)，比如說(shuō)“所有鼻子扁平的狗”，搜索引擎就會(huì )啟動(dòng)，對信息進(jìn)行處理，并從大約20億個(gè)選擇中快速找到你要搜索的內容。這項工作需要一個(gè)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(gè)機器網(wǎng)絡(luò )快速啟動(dòng)來(lái)執行任務(wù)，從而導致功率迅速飆升。
功率飆升就意味著(zhù)電流也要飆升。這就像踩下汽車(chē)加速器的踏板：燃油噴射器打開(kāi)并將氣體噴射到發(fā)動(dòng)機中，帶你沖過(guò)終點(diǎn)線(xiàn)。點(diǎn)擊搜索時(shí)，實(shí)際上就是在推動(dòng)加速器，為多個(gè)服務(wù)器提供動(dòng)力。這些機器需要大量的電流來(lái)執行你的請求——而且是現在就需要！
要在很短的時(shí)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(zhuān)有耦合電感技術(shù)可以滿(mǎn)足這些嚴格的要求，同時(shí)提供出色的效率并降低功耗。
尺寸、重量和功耗
無(wú)論你站在什么角度，從哪個(gè)方面看，對于數據中心和所有通信行業(yè)來(lái)說(shuō)，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)品系統包括用于管理系統信息控制、數據收集和轉換、高精度數據傳感器、射頻無(wú)線(xiàn)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(chēng)為μModule?。
數據中心、社交媒體公司、聯(lián)網(wǎng)設備制造商、云服務(wù)提供商和搜索引擎巨頭努力實(shí)現具有挑戰性的可持續發(fā)展目標。美國五大科技公司（俗稱(chēng)FAANG）運營(yíng)著(zhù)超大規模的數據中心，它們是一些非常高效的信息工廠(chǎng)，每一個(gè)工廠(chǎng)的服務(wù)器數量都高達250萬(wàn)臺。近十年來(lái)，他們一直在精簡(jiǎn)計算流程，改用可再生能源，并研究更好的方法來(lái)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(zhù)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(cháng)。通常電力可以占到一個(gè)普通數據中心成本的一半以上，其中30%至40%用于建設冷卻系統。當電力和冷卻系統的費用仍然是運營(yíng)費用的一個(gè)重要部分時(shí)，無(wú)論從財務(wù)還是業(yè)務(wù)運營(yíng)角度來(lái)看，都需要降低電力消耗。
低效的電力系統會(huì )產(chǎn)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(lái)運行，更少的空間用于冷卻系統，更少的資金用于風(fēng)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于通信企業(yè)更有效、更加可持續地運營(yíng)。ADI公司的技術(shù)可以幫助提高FAANG公司的服務(wù)器效率并降低能耗。
智能電源管理的四個(gè)方向
為超大電流設備供電的通信公司不再依靠現成的組件來(lái)實(shí)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(shí)現更小、更輕的5G無(wú)線(xiàn)電。ADI公司提供適合客戶(hù)要求的定制解決方案，同時(shí)考慮智能電源管理的四個(gè)方向，助力實(shí)現積極的節電目標。
更小的尺寸
無(wú)論是在龐大的數據中心還是5G無(wú)線(xiàn)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(shù)領(lǐng)導者實(shí)現其可持續發(fā)展目標。
更小的電源電路
服務(wù)器系統的外形尺寸是整個(gè)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(kāi)發(fā)人員能否提高吞吐能力（信息處理量）？
ADI工程開(kāi)發(fā)人員通過(guò)提供先進(jìn)的高功率密度解決方案，做到了這一點(diǎn)。他們通過(guò)先進(jìn)的集成和專(zhuān)有磁技術(shù)實(shí)現增值，以更高的效率和更小的尺寸提供更多功率。從本質(zhì)上講，通過(guò)ADI的創(chuàng )新，相同體積的解決方案，計算能力更強。
先進(jìn)技術(shù)
電路與電磁功能設計、封裝、集成方面的改進(jìn)也在縮小無(wú)線(xiàn)及有線(xiàn)通信設備的電源系統尺寸。由ADI公司首創(chuàng )的μModule技術(shù)提供了業(yè)界最高的功率密度解決方案，多個(gè)功率元件組成了一個(gè)完整的電源解決方案，封裝在一個(gè)表面貼裝的基板內。一個(gè)將輸入總線(xiàn)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(gè)獨立的元件。通過(guò)將這些電路元件整合到一個(gè)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(jiǎn)化設計，優(yōu)化系統性能。
隨著(zhù)工藝技術(shù)的改進(jìn)，系統電壓越來(lái)越低，而電流需求以非線(xiàn)性的方式增加。流經(jīng)配電網(wǎng)絡(luò )電阻的電流急劇增加，會(huì )產(chǎn)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(shù)可以直面解決這個(gè)挑戰。
智能系統管理
為了提高峰值運行效率，需要通過(guò)智能系統管理來(lái)有效管理和控制電源系統。5G無(wú)線(xiàn)電和數據中心服務(wù)器系統可以從當今的新技術(shù)受益，這使得運營(yíng)商能夠通過(guò)應用從運營(yíng)數據中得到的洞察信息，逐步提高效率和可靠性。Ai或智能電源讓數據中心運營(yíng)商能夠監測電力使用情況，并根據需要隨時(shí)關(guān)閉或啟動(dòng)服務(wù)器機架，從而節約能源。而沒(méi)有智能系統管理的設施可能會(huì )在非高峰時(shí)段不必要的情況下開(kāi)啟服務(wù)器。通過(guò)使用ADI的智能系統管理，數據中心運營(yíng)商可以節約高達25%的電力，同時(shí)減少電費開(kāi)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(guān)重要。ADI公司的智能熱插拔技術(shù)在提供所需的系統監測和控制方面確立了行業(yè)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(fā)生故障時(shí)，熱插拔會(huì )向系統發(fā)出警報，并嘗試限制故障狀況或立即關(guān)斷，從而防止發(fā)生火災等災難性事故。熱插拔的智能技術(shù)可以管理機架安裝板級電壓和電流，無(wú)需關(guān)斷整個(gè)機架或系統的電源，也能安全地安裝備用板（或線(xiàn)卡）。這樣就可以對單個(gè)單元進(jìn)行可靠的維修，盡可能減少服務(wù)中斷，從而節省時(shí)間和成本。
ADI公司的智能熱插拔解決方案是一項先進(jìn)的技術(shù)，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(guān)鍵參數。
可持續發(fā)展解決方案
手機和互聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)是世界上大多數人保持聯(lián)系和獲取信息的途徑。這些技術(shù)的龐大規模對環(huán)境和財務(wù)都有巨大的影響。這就是電源管理技術(shù)創(chuàng )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(shí)現這一目標的核心。但技術(shù)只是一個(gè)起點(diǎn)。ADI致力于使電力電子系統設計人員更輕松地將安全可靠的數據中心和通信創(chuàng )新推向市場(chǎng)，并實(shí)現造福于地球及全世界人口的可持續未來(lái)目標。
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