从电子邮件到网上购物，从社会化网络到博彩，从VoIP电话到视频点播，电子商务、网络通信和在线或可下载的娱乐都在近年内呈指数增长。这种增长给电子系统（这些系统多处在安全数据中心中）带来了不断增加的要求，使这些系统全天24小时或全年365天不间断地存储、处理和传输最基本的数据。而要使这些系统高效地运转就存在着经济、立法和环境的巨大压力。

一个“典型”的数据中心包括了服务器、存储区网络、路由器和交换机。过去，这些数据中心的表现主要由性能密度(MIPS/m2)参数来衡量。而现在，这种情况将因多种因素而改变。

首先，对于数据中心设备来说，生命周期内的操作成本是初期投入的3倍。第二，由电能使用造成的环境冲击正驱动着增进能效最大化的立法。第三，出于真实的考虑，没有效率的提升，许多数据中心就不能应对能源和基本附属设施的需求增长。

其结果，我们要继续提升的主要品质因数就是执行效率，或MIPS/W。而且，通过提高设备和基本附属设施的效率，最新的功率半导体技术将在提升品质因数中扮演一个重要角色。

数据中心的能耗

我们能明确数据中心的两个能耗源。第一种是处理、存储、交换和路由设备本身。第二种来自需要冷却的基础结构和对这些服务器、存储网络、开关和路由的保护。每一种能量使用都是相当的，而且也是相关的。

设备能耗包含三个主要元素。像微处理器和内存条之类的电子负载消耗了60%～70%的能量，电源消耗了25%～30%的能量，制冷消耗了5%。

当在减轻负载（多核处理器和虚拟技术的引入）的能量状态方面有显著进步时，工程师就有更多的机会来降低这些主要消耗源的能耗。例如，新的“智能电源”管理系统使用了对电源关键元件的联合设计，让关键部件都整合到了一个平台中。这些电源系统都基于先进功率半导体器件，其关键部件是高效和高密度能量转换级，先进的快速响应电源控制器，可编程和诊断的数字接口，准确的电源监控，系统控制器和排序功能。

先进的能量转换级

相比与传统设计，先进的能量转换级能减少1/3的功率损耗。图1中的产品使用了业界领先的MOSFET技术。在图中，具有高能量密度的半导体技术结合了先进的封装技术，而这种封装技术具有几乎为零的封装电阻和电感，并可提供业界最低的工业热阻抗。

图1 先进的MOSFET技术

同标准的塑料分立封装相比，这些基准MOSFET的金属罐使双面冷却成为可能，能有效地使高频率DC/DC降压变换器的电流处理能力提高一倍。而电路板设计尺寸的缩减能有效地减少能量损失。当驱动IC与创新的控制方案连同高效MOSFET一起工作的时候，工程师能获得最好的效率与电气性能的结合。以处理器为例，使用这种技术能增加5%～6%的效率。

先进电源系统

先进电源系统对负载的功率耗散有更大的影响。高负载功率，像微处理器和内存，会随其所需性能和功能的快速变换而产生不可预知的能量状态。在服务器的需要下，这些负载会超出它们自己的热极限，进而产生一个性能上的回调来冷却硅器件和封装。而一旦有效地冷却后，负载会再次增加，这就造成了一个无效的“停止、启动”的热和功率循环。

允许高性能的硅器件进入热和功率循环将浪费能量并牺牲性能。然而，通过动态地监视瞬间电能，记录变化趋势，理解负载的热阻抗，将有可能使功率系统准确地预计系统中任一点的热量。有了这些信息，系统就能通过改变负载的电气特性（比如动态地改变核心电压或降低时钟速度）来限制其功耗并建立正确的冷却条件。比如，采用能量效率提升后的变速运动控制，可确保负载不会离开它所需的隔热层，优化吞吐量，增强性能。这样能降低总能耗的15%～20%。

应用实例

我们可以通过现代数据中心的几项新技术来说明最新的集成电源管理半导体技术所产生的影响。感谢它们的模块性、低成本和小体积，其代表就是机架固定的“刀锋服务器”。

通过增加机架容纳性，高密度刀锋数据处理器可以随需要而增加能力。然而，最新服务器的主板上已经能容纳四个处理器了，它们的功率需求和散热因此就变得同等重要。在实际中，数据中心经常会留出空插槽以提供更好的冷却，使系统保持在热规格中。

幸运的是，最新一代的功率半导体技术能帮助工程师处理这个问题。文章中将介绍两种方法来降低刀锋服务器的总功耗。这样就减少了冷却需求，进而增加机架中的刀锋服务器密度。

第一种方法是让工程师开发高效率的在板电源。将近80%的功率通过在板电源进入服务器的，因此电源效率对系统效率有巨大的影响。大量的能量消耗在处理器和内存上。举例来说，一个典型的高效率微处理器能消耗130A（在 1.1V条件下）或146W。今天，一个在板电源有80%的效率和20%的损耗是很正常的。

随着先进的功率控制和转换技术，比如国际整流器公司（International Rectifier）的XPhase可升级多相位结构（见图2）和DirectFET MOSFET，可将系统的总效率增加至88%以上，能减少40%的系统功耗。国际整流器公司还开发一系列的精确实时功率监控IC。该产品能促进工程师设计出可降低动态能量损失的刀锋服务器。

图2 国际整流器公司的多相位控制器

结论

使用上述先进功率半导体技术的成本会低于节省出的成本。此外，这些方法还有第二个好处。例如，因为散热少，板级的风扇就会低速运转，这样可节省能量并降低噪声。实际上，采用优化的集成了高级功率转换、准确的动态功率监控和高性能功率控制器的电源管理系统最短可在三年内降低数据处理中心25%的能量损耗。