超小型电源解决方案可减少数据中心服务器的发热量

随着云计算的普及以及 2020 年 5G 服务的兴起，除了在互联网上传播的文档、图像和音频等既有内容之外，还会传播视频和游戏等内容，这也导致了数据量的大幅增加。对人工智能 (AI) 等技术进步以及大数据和物联网 (IoT) 技术的充分运用，推动形成了数字化转型 (DX) 的强劲趋势。为了支持这些技术的发展，需要配备能够处理大量数据的高性能服务器。数据中心^*1 是专门用于维护和管理存储大量数据的服务器的设施。随着信息量的迅速增长，功耗和电力成本的增加已成为数据中心必须面对的严峻问题。

数据中心能耗预测（全球）

来源：日本经济产业省/Green IT Promotion Council（绿色 IT 促进委员会）预测 (2008)

降低服务器发热量和数据中心功耗的技术挑战

数据中心通常需要大量/高速通信环境、高级安全保证、可靠的抗震设备和内部发电机，以及放置服务器的空间。要在这些条件下维持运行，功耗是一大挑战。

数据中心的功耗主要来自 IT 设备，包括服务器和用于冷却散热的空调。这些设备运行产生的功耗预计会进一步增加。

数据中心需要大量高性能的服务器来高速处理大量数据，这会增加功耗和发热量，进而使数据中心温度升高。这一情况可能会导致服务器或系统故障，因此需要冷却降温。但是，用于冷却服务器的空调也需要电力，从而会进一步增加数据中心的总功耗。这是一个结构性问题。如今，随着可持续发展目标 (SDG) 日益受到关注，需要全社会共同努力来实现节能。为顺应这一发展趋势，同时降低成本，数据中心面临着如何降低功耗的重大挑战。

虽然数据中心也在努力降低功耗，包括促进直流供电和提高整个中心的空调效率，但根本解决方案是减少服务器本身产生的热量。为此，需要提高电子电路的功率效率，其中包括可看作服务器核心的半导体集成电路 (IC)。但是，为服务器 IC 供电的电源由于尺寸问题无法放置在 IC 附近，因此需要较长的布线，从而带来功率损耗^*2 并且会产生热量，这又成为了另一个挑战。

实现超高电流密度

与其他同类产品相比，μPOL 提供的解决方案尺寸缩小了一半，同时提供超过 1W/mm³ 的高功率密度。

超小直流-直流转换器解决方案降低服务器的总能耗

为了解决这个难题，TDK 近期开发了一款超小型直流-直流转换器^*3（3.3 mm × 3.3 mm × 1.5 mm，6A 输出电流），能够以超小尺寸实现超高电流密度。因此可以靠近 IC 放置，避免因布线产生功耗，有助于防止服务器发热。将超小型直流-直流转换器靠近 IC 放置是 TDK 最初的构想，产品名称 μPOL™ 为注册商标。POL 代表“负载点”，表示靠近放置。

除了尺寸小、密度高之外，它还具有出色的散热特性，输出几乎不会受温度变化的影响，而以往的产品在自身温度升高到 60℃ 左右时输出电流就会发生变化。所以该产品可以贴装在通常很难贴装且没有空气流动的^*4 电路板背部，从而显著提高设计灵活性。因此，该产品可以节省电子电路空间，降低整个系统的功耗。

 μPOL 不仅可以高效地用于数据中心 IC，还可用于网络、信息/电信、基站以及数码相机等精密设备中的 IC。它还有助于串行总线^*5实现高速数据通，进而推动实现 DX。

μPOL 由美国一家从事电源 IC 设计的创业公司 Faraday Semi 开发的，该公司于 2018 年被 TDK 收购。这款全新解决方案通过 3D 贴装技术^*8，将 Faraday Semi 开发的高性能 IC 与 TDK 原创封装技术 SESUB^*6 以及利用磁技术的 TDK 电感器^*7融合为一体。 μPOL 以超小尺寸实现了目前业内顶尖水平的电流密度，充分体现了创业公司的技术实力和创造力以及拥有 85 年历史的 TDK 核心技术水平。

将Faraday Semi 的 IC 嵌入 TDK 3D 封装技术的 SESUB 基板中，然后与 TDK 的电感器集成在一起并缩小了尺寸和高度，从而最终构成了 μPOL 解决方案。

µPOL 集成了多个电子元件

全球最小的直流-直流转换器 μPOL，3.3 mm × 3.3 mm × 1.5 mm 尺寸可实现 6A 输出电流，5.8 mm × 4.9 mm × 1.6 mm 尺寸可实现 12A 输出电流。请参阅TDK 产品中心 了解详细信息。

微型直流-直流转换器 μPOL™

术语：

1.   数据中心： 一个通用术语，表示在其中安装和运行服务器和网络设备等 IT 设备的设施/建筑物。在数据中心中，专用于互联网连接的数据中心过去称为互联网数据中心，但随着数据的爆发式增长，现在这些设施通常称为数据中心。

2.   功率损耗： 在电力传输过程中以热量形式损耗的部分电能。

3.   直流-直流转换器： 将直流转换为直流的供电设备。

4.   气流： 指的是电子电路中的空气流动。在设计电子电路时，通常需要考虑气流以便对 IC 和部件进行冷却散热。

5.   串行总线： 在计算机或电子器件内部交换数据，以及在机器和外部设备之间进行外部数据交换的通道称为总线。串行总线一次一位按顺序传输数据。

6.   SESUB： 半导体嵌入式基板将 IC（即半导体）嵌入树脂基板，对被动元件或其他元件进行三维贴装以实现模块化的技术。

7.   电感器： 导线线圈缠绕在磁性材料上的电子元件。它具有去除噪声、提取目标信号、信号滤波以及稳定电压的作用。

8.   3D 贴装技术： 分层放置半导体 IC 芯片以实现封装的技术。