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。
先進功率方案實現智慧電源管理
為超大電流設備供電的通訊公司不再依靠現成的元件來實現省電目標。其利用突破性的材料和小型模組，借助新的途徑實現更小、更輕的5G無線電。ADI提供適合客戶要求的客製化解決方案，同時考慮智慧電源管理的四個方向(圖2)，助力實現積極的節電目標。
圖3 電源方面的創新遵循四個方向
無論是在龐大的資料中心或是5G無線電訊號塔的頂部，尺寸均同樣重要，因此使用更少的金屬、塑膠及其它資源的較小電子電路，將有助於技術領導者實現其永續發展目標。
另外，伺服器系統的外型尺寸是整個產業的標準。提高ASIC的輸送量性能需要大幅提升功率。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)？為此，ADI工程開發人員透過先進的高功率密度解決方案達到此目標。其透過先進的整合和專有磁技術實現增值，以更高的效率和更精巧的尺寸提供更多功率(圖3)。
圖4 ADI透過先進的整合和專有磁技術打造先進高功率密度方案
電路與電磁功能設計、封裝、整合方面的改善也正縮小無線及有線通訊設備的電源系統尺寸。以ADI首創的µModule技術為例，其為高功率密度解決方案，由多個功率元件組成一個完整的電源解決方案，封裝在一個表面黏著的基板內。一個將輸入匯流排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元件中，設備製造商可以縮小電源電路的尺寸，使其更靠近負載，以簡化設計、優化系統性能。
隨著製程的改善，系統電壓越來越低，而電流需求以非線性的方式增加。流經配電網路電阻的電流急劇增加會產生損耗，大幅影響系統的電源效率和功耗(體現為熱量)。由於功率損耗與電流的平方值成正比，因此目前面臨的最大挑戰是如何減少這類損耗，而ADI µModule技術正可直接因應這個挑戰。
此外，為提高峰值運作效率，需要透過智慧系統管理來有效管理和控制電源系統。5G無線電和資料中心伺服器系統可以從現今的新技術受益，這使得營運業者能夠透過應用從營運數據中得到的洞察資訊，逐步提升效率和可靠性。
而AI或智慧電源讓資料中心營運業者能夠監測電力使用情況，並根據需要隨時關閉或啟動伺服器機架來節能，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伺服器。透過使用ADI 智慧系統管理，資料中心營運業者可節約高達25%的電力，同時減少電費開支。
熱插拔技術確保安全和可靠性
資料中心需要大量電力才能運作。監測和控制電源故障，對安全和可靠性非常重要。為此，ADI提供智慧熱插拔技術，可確保系統高效、安全、可靠地運作，而這些都是任何高功率資料中心系統的關鍵參數，確保資料中心的安全可靠運作。
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。同時，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，也能安全安裝備用板(或線卡)。
總上所述，手機和互聯網數據服務是全球大多數人保持聯繫和獲取資訊的途徑。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升效率、增強永續性的原因所在。低耗電永續解決方案在各種應用中的重要性日益增加，而功率半導體是實現此目標的核心。
(本文作者Gary Sapia為ADI電源技術開發和市場拓展總監；Andrea Pizzutelli為資料中心設備產品應用資深總監)
先進功率方案助力5G/資料中心電源管理(1)