在莫哈維沙漠邊緣的一根25公尺桅杆上，一台5G無線電收發機暴露在灼熱的環境中。無線電元件越小、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。在一個占地1,000多英畝的資料中心，伺服器群正在執行數百萬次的搜索和高需求工作負載，以滿足全球日益成長的巨大資訊需求；此項技術需要快速轉換的大電流，具有非常高的功率元件密度，進而盡可能提升效率，快速傳輸內容。
縱觀日益先進的通訊世界，現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產業的發展。電源管理技術在目前的資料中心和通訊產業的創新中發揮著重要作用。
以永續性和降低成本為目標，技術領先表示實現更高的系統效率。隨著通訊系統中採用更先進的製程技術，工作電壓降低、電流明顯增加，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，而這正是半導體業者(如ADI)努力發展的目標。
提升無線SWaP和效率強化5G可靠性
在無線方面，重點是充分提升功率密度和盡可能建構小型解決方案，進而縮減5G應用的整體尺寸，或者使之具有彈性，以便加入額外的功能；在更小的空間中運行，表示運行會更加經濟高效。
另外，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作良好的關鍵，這表示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)；此種EMI干擾可能會干擾高度敏感設備的功能，例如嵌入5G網路中的射頻收發器。以ADI Silent Switcher系列功率轉換器為例，其可在高頻下工作，同時盡可能提升效率，產生的電磁干擾為業界較低水準，使手機網路設備的通訊鏈路更加穩固。
總之，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，同時可靠性非常關鍵，因為產品的壽命取決於此；許多5G應用程式是任務關鍵型的(圖1)，並且始終處於運作狀態，醫護人員和緊急應變人員依靠科技進行關鍵的通訊和事件警報管理。
圖1 5G有許多關鍵型任務，且往往處於運作狀態
資料中心需求增 高效電力轉換不可或缺
企業和消費者對即時數據和儲存需求正以指數級增加。為了滿足這些需求，資料中心需要大幅增加電力供應，這表示高效的電力轉換是管理目前緊張的電網系統電力需求的一個關鍵因素；電力管理技術的改善是必要的，因為一些資料中心的耗電量抵得上一個8萬人口的小城市。
又或是當搜尋一張圖片時，例如「所有鼻子扁平的狗」，搜尋引擎就會啟動，對資訊進行處理，並從大約20億個選擇中快速找到你要搜索的內容。此項工作需要一個特殊的重型處理引擎，搜索使用人工智慧(AI)的龐大資料庫。
所有操作都需要一個機器網路快速啟動來執行任務，進而導致功率迅速飆升，而功率飆升就表示電流也要飆升。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，接著衝過終點線。點擊搜尋時，實際上就是在推動加速器，為多個伺服器提供動力。這些機器需要大量的電流來執行請求，且是現在就需要。
資料中心、社群網站公司、聯網設備製造商、雲端服務提供者和搜尋引擎巨頭努力實現具有挑戰性的永續發展目標。美國五大科技公司（俗稱FAANG）營運著超大規模的資料中心，其為一些非常高效的資訊工廠，每一個工廠的伺服器數量都高達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，那就是儘量減少對地球資源的使用。
另外，隨著5G和高數據速率系統需求的出現，資料中心的處理能力正飛速成長。通常電力可以占一個普通資料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營運費用的一個重要部分時，無論從財務還是業務營運角度來看，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作，更少的空間用於冷卻系統，更少的資金用於風扇、散熱片和其他形式的熱管理。降低資料中心的電力消耗有助於通訊企業更有效、更加永續營運，而ADI的技術便可協助提升FAANG公司的伺服器效率並降低能耗。
先進功率方案助力5G/資料中心電源管理(2)