科普 | 应对数据中心的重大隐患之服务器过热问题随着云计算和5G的出现

随着云计算和 5G 的出现，互联网上的数据也因音频、视频和游戏等内容而不断增加。由于远程作业和在线课程在全球范围内的普及，未来网络通信量也有望持续增长。在负责处理大量数据的数据中心*1 ，对能耗较低且热量产生较少的服务器的需求可谓与日俱增。
降低服务器发热量和数据中心功耗的技术挑战（信源：「链接」）
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。
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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。
超小直流-直流转换器解决方案降低服务器的总能耗（信源：「链接」）
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，进而推动实现数字化转型 (DX) 。
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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。
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。
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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。