超小型電源解決方案可減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的發(fā)熱量

隨著云計(jì)算的普及以及 2020 年 5G 服務(wù)的興起，除了在互聯(lián)網(wǎng)上傳播的文檔、圖像和音頻等既有內(nèi)容之外，還會(huì)傳播視頻和游戲等內(nèi)容，這也導(dǎo)致了數(shù)據(jù)量的大幅增加。對(duì)人工智能 (AI) 等技術(shù)進(jìn)步以及大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 技術(shù)的充分運(yùn)用，推動(dòng)形成了數(shù)字化轉(zhuǎn)型 (DX) 的強(qiáng)勁趨勢(shì)。為了支持這些技術(shù)的發(fā)展，需要配備能夠處理大量數(shù)據(jù)的高性能服務(wù)器。數(shù)據(jù)中心^*1 是專門用于維護(hù)和管理存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的服務(wù)器的設(shè)施。隨著信息量的迅速增長，功耗和電力成本的增加已成為數(shù)據(jù)中心必須面對(duì)的嚴(yán)峻問題。

數(shù)據(jù)中心能耗預(yù)測(cè)（全球）

來源：日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省/Green IT Promotion Council（綠色 IT 促進(jìn)委員會(huì)）預(yù)測(cè) (2008)

降低服務(wù)器發(fā)熱量和數(shù)據(jù)中心功耗的技術(shù)挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)中心通常需要大量/高速通信環(huán)境、高級(jí)安全保證、可靠的抗震設(shè)備和內(nèi)部發(fā)電機(jī)，以及放置服務(wù)器的空間。要在這些條件下維持運(yùn)行，功耗是一大挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)中心的功耗主要來自 IT 設(shè)備，包括服務(wù)器和用于冷卻散熱的空調(diào)。這些設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的功耗預(yù)計(jì)會(huì)進(jìn)一步增加。

數(shù)據(jù)中心需要大量高性能的服務(wù)器來高速處理大量數(shù)據(jù)，這會(huì)增加功耗和發(fā)熱量，進(jìn)而使數(shù)據(jù)中心溫度升高。這一情況可能會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器或系統(tǒng)故障，因此需要冷卻降溫。但是，用于冷卻服務(wù)器的空調(diào)也需要電力，從而會(huì)進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)中心的總功耗。這是一個(gè)結(jié)構(gòu)性問題。如今，隨著可持續(xù)發(fā)展目標(biāo) (SDG) 日益受到關(guān)注，需要全社會(huì)共同努力來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。為順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)降低成本，數(shù)據(jù)中心面臨著如何降低功耗的重大挑戰(zhàn)。

雖然數(shù)據(jù)中心也在努力降低功耗，包括促進(jìn)直流供電和提高整個(gè)中心的空調(diào)效率，但根本解決方案是減少服務(wù)器本身產(chǎn)生的熱量。為此，需要提高電子電路的功率效率，其中包括可看作服務(wù)器核心的半導(dǎo)體集成電路 (IC)。但是，為服務(wù)器 IC 供電的電源由于尺寸問題無法放置在 IC 附近，因此需要較長的布線，從而帶來功率損耗^*2 并且會(huì)產(chǎn)生熱量，這又成為了另一個(gè)挑戰(zhàn)。

實(shí)現(xiàn)超高電流密度

與其他同類產(chǎn)品相比，μPOL 提供的解決方案尺寸縮小了一半，同時(shí)提供超過 1W/mm³ 的高功率密度。

超小直流-直流轉(zhuǎn)換器解決方案降低服務(wù)器的總能耗

為了解決這個(gè)難題，TDK 近期開發(fā)了一款超小型直流-直流轉(zhuǎn)換器^*3（3.3 mm × 3.3 mm × 1.5 mm，6A 輸出電流），能夠以超小尺寸實(shí)現(xiàn)超高電流密度。因此可以靠近 IC 放置，避免因布線產(chǎn)生功耗，有助于防止服務(wù)器發(fā)熱。將超小型直流-直流轉(zhuǎn)換器靠近 IC 放置是 TDK 最初的構(gòu)想，產(chǎn)品名稱 μPOL? 為注冊(cè)商標(biāo)。POL 代表“負(fù)載點(diǎn)”，表示靠近放置。

除了尺寸小、密度高之外，它還具有出色的散熱特性，輸出幾乎不會(huì)受溫度變化的影響，而以往的產(chǎn)品在自身溫度升高到 60℃ 左右時(shí)輸出電流就會(huì)發(fā)生變化。所以該產(chǎn)品可以貼裝在通常很難貼裝且沒有空氣流動(dòng)的^*4 電路板背部，從而顯著提高設(shè)計(jì)靈活性。因此，該產(chǎn)品可以節(jié)省電子電路空間，降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

 μPOL 不僅可以高效地用于數(shù)據(jù)中心 IC，還可用于網(wǎng)絡(luò)、信息/電信、基站以及數(shù)碼相機(jī)等精密設(shè)備中的 IC。它還有助于串行總線^*5實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通，進(jìn)而推動(dòng)實(shí)現(xiàn) DX。

μPOL 由美國一家從事電源 IC 設(shè)計(jì)的創(chuàng)業(yè)公司 Faraday Semi 開發(fā)的，該公司于 2018 年被 TDK 收購。這款全新解決方案通過 3D 貼裝技術(shù)^*8，將 Faraday Semi 開發(fā)的高性能 IC 與 TDK 原創(chuàng)封裝技術(shù) SESUB^*6 以及利用磁技術(shù)的 TDK 電感器^*7融合為一體。 μPOL 以超小尺寸實(shí)現(xiàn)了目前業(yè)內(nèi)頂尖水平的電流密度，充分體現(xiàn)了創(chuàng)業(yè)公司的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)造力以及擁有 85 年歷史的 TDK 核心技術(shù)水平。

將Faraday Semi 的 IC 嵌入 TDK 3D 封裝技術(shù)的 SESUB 基板中，然后與 TDK 的電感器集成在一起并縮小了尺寸和高度，從而最終構(gòu)成了 μPOL 解決方案。

μPOL 集成了多個(gè)電子元件

全球最小的直流-直流轉(zhuǎn)換器 μPOL，3.3 mm × 3.3 mm × 1.5 mm 尺寸可實(shí)現(xiàn) 6A 輸出電流，5.8 mm × 4.9 mm × 1.6 mm 尺寸可實(shí)現(xiàn) 12A 輸出電流。請(qǐng)參閱TDK 產(chǎn)品中心 了解詳細(xì)信息。

微型直流-直流轉(zhuǎn)換器 μPOL?

術(shù)語：

1.   數(shù)據(jù)中心： 一個(gè)通用術(shù)語，表示在其中安裝和運(yùn)行服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等 IT 設(shè)備的設(shè)施/建筑物。在數(shù)據(jù)中心中，專用于互聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)中心過去稱為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，但隨著數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，現(xiàn)在這些設(shè)施通常稱為數(shù)據(jù)中心。

2.   功率損耗： 在電力傳輸過程中以熱量形式損耗的部分電能。

3.   直流-直流轉(zhuǎn)換器： 將直流轉(zhuǎn)換為直流的供電設(shè)備。

4.   氣流： 指的是電子電路中的空氣流動(dòng)。在設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，通常需要考慮氣流以便對(duì) IC 和部件進(jìn)行冷卻散熱。

5.   串行總線： 在計(jì)算機(jī)或電子器件內(nèi)部交換數(shù)據(jù)，以及在機(jī)器和外部設(shè)備之間進(jìn)行外部數(shù)據(jù)交換的通道稱為總線。串行總線一次一位按順序傳輸數(shù)據(jù)。

6.   SESUB： 半導(dǎo)體嵌入式基板將 IC（即半導(dǎo)體）嵌入樹脂基板，對(duì)被動(dòng)元件或其他元件進(jìn)行三維貼裝以實(shí)現(xiàn)模塊化的技術(shù)。

7.   電感器： 導(dǎo)線線圈纏繞在磁性材料上的電子元件。它具有去除噪聲、提取目標(biāo)信號(hào)、信號(hào)濾波以及穩(wěn)定電壓的作用。

8.   3D 貼裝技術(shù)： 分層放置半導(dǎo)體 IC 芯片以實(shí)現(xiàn)封裝的技術(shù)。