數據中心交換機高速率發展，需要哪些電感與電容元件？
電子發燒友網報道（文/李寧遠）在算力向更高水平發展的推動下，數據迎來了爆炸性增長。數據中心需要處理越來越多的數據，并且這些數據還在逐年增加，對計算能力的需求也同樣如此。
不斷提高的算力需求推動了大功率數據機架和更高效的數據中心建設，云計算數據中心網絡拓撲結構也在持續升級演進，市場對數據中心光互聯技術提出了更高速率、更低功耗、更低成本等需求。
數據中心交換機市場發展
數據中心交換機市場是一個穩步增長的市場，根據相關數據，國內交換機市場規模已經從2019年的380億元擴張到2023年的685億元，較2022年增長了16%，預計2024年可以達到749億元。
這背后的主要推動因素有三，其一是數字化轉型需求，其二是云計算和大數據的普及，其三是現在進展頻頻的AI/Chat GPT等新技術。在這些因素的多重作用下，通信帶寬越來越高，交換機作為數據傳輸的核心設備，其市場空間發展前景還是很廣闊的。
從交換機成本結構來看，交換芯片成本占比是最高的，占比32%，其次是光器件，占比14%。插接件和阻容器件成本相當，都占比10%，然后是殼體成本占比8%，PCB占比7%。
交換機中的被動元件
目前交換機應用，25G、100G應用得還是最廣的，不過400G、800G也在加速中，一些行業頭部廠商已經著手1.6T的布局。傳輸速度的演進其實對電源水平有著相應的要求。100G有著3.5-5W的功耗水平，400G需要14-24W功耗水平，800G則需要25-30W的功耗水平，1.6T更高，這對電源的選用來說是很大的考驗。
在交換機電源的設計中，EMI是非常重要的三個指標。EMI在電源設計中向來是很困難的一部分，電路板布局、雜訊屏蔽，架構設計等都會影響EMI等級，功率電感、磁珠、共模扼流線圈的應用相當關鍵。
眾所周知光電轉換是交換機的核心環節，尤其是現在吞吐量需求越來越大，光模塊封裝也在不斷改變。目前常見的SFP、OSFP、QSFP這些不同的封裝也規定了不同的EMI電感器用量和感值，如SFP對應的是4.7uH、OSFP對應的是0.47uH。未來LC濾波電路上電流還會增加，還要繼續增加通流能力，也要盡可能降低磁芯損耗，保證更低的漏磁和更平滑的飽和特性。
目前基于金屬合金粉的電感展現出了比鐵氧體電感更好的通流能力，在大電流下感值不會出現巨大變化，整體也更穩定。
總的來說電源鏈路的性能很大程度上受到電感的制約，提高轉換效率和降低電感的損耗直接相關，而且在電源電路小型化發展的現在，縮減尺寸也需要電感在積層技術、薄膜技術上做創新。
磁珠作為廣泛使用的靜噪產品，應用也是很廣泛的，主打一個高性價比，在濾除高頻噪聲上效果很好，在交換機應用上磁珠也需要具備較大的額定電流。現在的產品方向也是往大電流做，用小電流磁珠做并聯也占用板上空間，大電流的磁珠在交換機上更受歡迎。
交換機數據傳輸接口、差分線路接口都在往更高的速度迭代，傳輸速率的提高帶來了更多的高頻共模噪聲干擾。共模電感自然也是常用且性價比很高的EMI解決辦法。為了應對傳輸速率上去之后，交換機線路上高頻噪聲的頻點就會越來越高，共模電感的抑制頻點也會要求越來越高，共模電感也呈現出高頻化的發展趨勢。
在高頻場景下，電感的轉換效率是十分重要的，這樣才能更好地處理電流的突變和快速變化，以保持電源的穩定性和可靠性。
從整個交換機應用上來看，隨著交換設備速率的不斷提高，對元器件提出的要求主要集中在如何有限的空間中布局更多、更強大的元器件。不同電壓回路都需要更小尺寸、更大容值的電容方案，同時在使用溫度方面，電容也需要能夠達到105°甚至更高，滿足不同溫度場景的使用需求。
CPU作為數字中心交換機的核心，其供電回路需要大量的高容值電容來進行電源輸出優化以實現長期穩定地運行。高容值陶瓷電容在這里很受歡迎，同時解決容值和空間的需求。相比于常用的電解電容，陶瓷電容擁有更高的容值密度，同時，陶瓷電容擁有更低的ESL和ESR，在為CPU提供穩定的電源上更有優勢。
這條線路對阻抗也有比較高的要求，追求大容值的同時解決阻抗問題？三端子陶瓷電容就可以解決，三端子在高頻領域的低阻抗尤為突出，具有很明顯的降噪特性，在數據中心、車載等高頻應用里都能發揮出很好的性能，在實際使用回路中能夠更好地替代兩端子電容，讓回路阻抗得到進一步的改善。
小結
數據中心交換機的快速發展，和應用在其中的必不可少的被動元件有著千絲萬縷的聯系。交換機向更高速率迭代的同時，也大大推進了電感和電容產品的發展。
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