數字時代，服務器電源的需求量水漲船高，服務器電源企業與磁性元器件企業又將面臨哪些新挑戰？

編者按：5G時代下，信息數據爆炸增長，越來越多的數據中心應運而生。市場調研機構Synergy Research的最新數據顯示，截至2021年第二季度末，大型數據中心總數增加到659個。

得益于數據中心的快速增長，織就成一個數字化世界，服務器需求量也水漲船高。根據IDC《2021年第二季度中國服務器市場跟蹤報告》顯示，上半年中國服務器市場出貨量為170.6 萬臺，同比增長8.9%;市場規模為108.1億美元。企查查數據顯示，我國現存服務器相關企業6.06萬家。2019年新增7135家，同比增長20.89%。2020年新增7242家，同比增長1.50%。服務器企業近年來數量增長明顯也從側面反映出服務器行業處在高速發展時期。

服務器行業的發展離不開服務器電源。那么，在5G時代下，服務器電源在性能上有何提高？進而對磁性材料、磁性元器件提出哪方面的要求呢？服務器電源未來發展方向如何？隨著第三代半導體材料的發展，氮化鎵未來會普遍應用在服務器電源上嗎？

帶著這些問題，本期《磁性元件與電源》下設《對話》欄目，我們邀請了國內多家服務器電源領域知名電源企業、磁性元器件企業、磁性材料企業代表，圍繞上述問題進行探討，為深耕這一行業的從業者進一步了解服務器電源行業生態提供力所能及的點撥。

對話導覽：

5G時代下，服務器電源的性能變化？對磁性材料、磁性元器件有何更高要求？

針對上述服務器電源企業提出高頻化要求，磁性元器件企業能否滿足？

小型化已成為磁性元器件未來發展趨勢，磁性元器件企業如何滿足？

企業如何加強磁性材料的質量管控？是否有在加大投入研發新型磁性材料？

服務器電源技術難點與未來發展方向？

磁性元器件企業是否有往自動化、數字化方向轉型？

磁性元器件企業可通過哪些措施更好地保證在交期內完成生產？

對話嘉賓：

您認為服務器電源市場發展情況如何？

中國長城王永安：服務器電源市場處在上升時期，并且服務器電源的業務量增長比較明顯。我們一般是生產不同功率頻段的固定的電源模塊，然后客戶再根據他們的需要進行組合。一般來說，磁性元器件所需成本價值大概為電源總體成本的8%。

服務器電源企業段經理：我們公司在服務器電源模塊做了很長時間的技術儲備，目前已實現向國內外市場批量出貨。大數據時代已開啟，市場對服務器電源的需求也在逐年增長。我們認為數據中心建設也屬于國家新基建范疇之內，接下來幾年對服務器電源的市場需求依然會旺盛。除了國內市場增長，就我們接觸的客戶來看，海外的訂單量也很多，所以我們也很看好服務器電源市場的發展。

美磁馬征：隨著5G基站、數據中心等基礎設施的建設，近年來服務器電源的需求量增長很快，我們公司生產的許多小尺寸磁性元器件都有應用在服務器電源領域，業務增長明顯。

金剛磁業劉峰：如今數字存儲量的需求越來越大，也要求信息傳輸的速度越來越快。在給我們帶來廣闊的市場同時，也對磁性材料、磁性元器件、服務器電源提出更高的性能要求。

服務器電源的功率區間？每個電源模塊中所使用磁性元器件的情況？

康舒電子王鳳尾：現在的服務器電源大中小頻段都有，因此會根據不同的功率頻率生產電源模塊，其中應用在云服務器中的電源模塊大多在300-1200W這一區間。單個電源模塊大概需要用到4個電子變壓器，5-6顆電感，電源模塊中磁性元器件總體成本能達到一兩百元，因此我們也會比較關注磁性元器件控制成本這塊的問題。

臺達張會常：服務器電源功率區間從300-3000W都有。并沒有說有特定的標準瓦數，更多是根據客戶的需求來生產符合他們功率頻段電源模塊。就單個電源模塊來講，會用到共模電感、差模電感、PFC電感、濾波電感、隔離功率變壓器等多種類型的磁性元器件，大概有8-10顆。

服務器電源企業段經理：中小功率段的服務器電源大多在350W-1000W，從單個電源模塊來說，磁性元器件的成本占比能達到10%-13%。

5G時代下，云服務器電源的性能變化？對磁性材料、磁性元器件有何更高要求？

康舒電子王鳳尾：由于服務器電源的頻率越來越高，因此我們會更多選擇高頻率、低損耗的磁性材料、磁性元器件。

從磁性元器件生產工藝來看，電子變壓器基本使用PCB板加鐵氧體磁芯的結構取代傳統的繞線焊錫，即更多地選用平板變壓器。其次，現在已經是大數據下的工業4.0，電子制造行業許多人工都逐漸被設備取代。比如說傳統變壓器需要一百多人來生產，現在只需要8-10個人來作業，就能有將近20k的產能。所以我們要會要求我們的磁性元器件供應商往自動化、數字化方向發展。

中國長城王永安：磁性元器件要走向高頻化，最重要的是磁性材料實現技術性突破。今年，我們推出了新型磁性材料，既能滿足服務器電源的需求，也能滿足 5G基站、新能源、智能家居、光儲充等各領域對磁性材料高頻低損耗的需求，在一兩個月前剛完成了實驗工作，正準備推向市場。

服務器電源企業段經理：對比4G來說，5G時代下的服務器電源，最主要的特點就是高功率密度，要求體積小、功率大、效率高。為了實現這些性能需要，一方面是要把磁性元器件進行集成化設計，如功率變壓器與功率電感、CT等集成。另一方面，應用新的磁性材料結構及材質，如磁芯結構進行散熱孔設計，使用改良型95材、甚至96材等。

臺達張會常：今年我們公司根據客戶的需要，首次在電源模塊中運用了氮化鎵，大大提高云服務器電源的工作頻率。但是這也需要我們的磁性材料、磁性元器件去做相關的配合。磁性元器件中，以電子變壓器為例，其工作頻率會提高到100khz左右，這也是目前常規磁性元器件能達到的最佳工作頻率。不過未來，還是會繼續往高頻化方向發展。

針對上述云服務器電源企業提出高頻化要求，磁性元器件企業能否滿足？

海光電子歐陽順昌：常規的磁性元器件都能達到100khz及以上。我認為氮化鎵未來確實有可能會應用在云服務電源上面。其實現在已經有部分材料能達到1兆赫茲頻率，只是尚未能大規模生產，但從技術層面來看，不成問題。

可立克王歡：不管是變壓器還是電感器，現在都能達到100khz。高頻化是未來磁性元器件的發展方向。如今碳化硅已經普遍使用在各種終端領域，而氮化鎵未來也很可能會應用在服務器電源中，預計到時能達到500khz。若要達到1兆，磁性元器件與磁性材料都會有相應的提升。

經緯達汪洪偉：目前平面變壓器的應用范圍 100kHz～1MHz,目前已經可以設計和量產500kHz的平面變壓器。我們對500kHz～1MHz的平面變壓器的疊層結構以及磁材的應用有做技術研究。平面變壓器能夠滿足當前以及未來10年內的設計以及應用。采用不同的磁集成技術來提升功率密度。GaN是未來提升功率的方向配合平面變壓器做服務器可以有效的提高功率密度。

航嘉馳源肖經理：我們建設了專門的磁性元器件性能檢測團隊。磁性元器件除了高頻以外，更要做到小體積，使得電源模塊有限空間或是體積不變的情況下滿足大電流的需求。磁性元器件企業如何滿足？

海光電子歐陽順昌：小型化已經是磁性元器件行業發展的大趨勢，不止是服務器電源，許多電源企業與終端客戶都會有小型化的要求。因此我們現在幾乎所有的磁性元器件，在設計時就會往扁平化的方向走，如平板變壓器等也會更多的用到服務器電源上面。

可立克王歡：實際上現在我們推出的磁性元器件在體積上大多已經實現扁平化，同時做到高功率密度與大電流。這主要歸功于我們對磁性元器件進行重新的結構設計，推出更適應小型化趨勢的產品，如平面變壓器等。此外，針對服務器電源，我們也會選用一些新型材料，從而縮小產品體積。

經緯達汪洪偉：平面變壓器以及磁集成技術磁器件的應用可以有效的降低磁性元器件的體積。

康舒電子王鳳尾：我們一直很注重磁性材料的的質量管控，如磁芯暗裂問題。后續隨著服務器電源的發展，現有磁性材料很可能被更高功率，更小損耗的新型材料替代。（企業如何加強磁性材料的質量管控？是否有在加大投入研發新型磁性材料？）

可立克王歡：針對磁性材料的質量管控問題，我們會進行可靠性驗證。比如在點膠這一生產環節中，我們會控制其點膠量、點膠時間等，經過反復的實驗，調試出合適的參數再進行大規模的生產。對生產出來的產品還會有進一步的檢測。通過前期后期的多次實驗與檢測，來提高產品生產的質量。針對服務器電源，目前我們正在研發一種耐高溫，且體積更小、飽和磁通密度更高的鐵氧體材料。

臺達張會常：我們公司正在研發服務器電源用的新型磁性材料。像之前常用的95、96材已經慢慢不能滿足高頻化的需求了，后面會開發更高頻的材料。

海光電子歐陽順昌：磁芯暗裂是較為常見的磁芯問題。我們對這方面的質量問題也很關注，因此在供應商提供的時候，我們也會用檢測設備進行實驗與檢測，符合質量要求才會進一步使用。

中國長城王永安：今年在磁性材料上有了突破性的技術進展，并在一兩個月前完成了實驗認證。這款最新推出的磁性材料具有工作頻率高的突出優勢，順應了當前服務器電源高頻化的發展趨勢，此外還能應用在各個電子終端領域。如今一些電源模塊會采用氮化鎵，雖然號稱頻率能達到一兆赫茲，但實際應用卻未能達到，其原因就在于使用的磁性材料并不匹配，從而降低了氮化鎵的效能。而這款新型磁性材料能適應氮化鎵的使用頻率，即當氮化鎵工作頻率達到1兆赫茲時，整個電源模塊也能實現1兆赫茲的工作頻率，發揮出氮化鎵的最大效能。

金剛磁業劉峰：磁芯暗裂是目前行業內一個比較常見的瓶頸隱患。因此，我們一般從燒結工藝以及成型設備上進行優化升級。然而，受當前技術限制，仍無法避免燒結或是成型過程中產生開裂的情況，這就需要我們在后段進行外觀甄選。我們公司能通過CCD外觀檢測設備進行自動分選，以保證提供給客戶的都是高質量高性能的產品。

服務器電源技術難點與未來發展方向？

康舒電子王鳳尾：我們已深耕服務器電源領域多年，而且也非常注重研發，基本上這一領域的技術難點已經全部攻克，能滿足市面上服務器的需求。在未來，我們會根據5G的特點還有氮化鎵技術的發展，做好相應的技術儲備，研發或選用新型磁性材料，提升設計能力與生產工藝。我們也希望，上游的磁性材料企業、磁性元器件企業能跟隨我們未來發展的方向，繼續往自動化、數字化、智能化方向發展。

臺達張會常：傳統的技術難點我們都已經攻克。但技術是日新月異的東西，沒有盡頭。比如今年電源模塊嘗試了用氮化鎵的方案，因此會有新的技術難點出現。客戶的要求不僅是高頻化，更要高Bs值、小型化。保持高頻的同時不能磁飽和，這對磁性材料、磁性元器件都是新的技術挑戰。       

根據客戶目前追求方向來看，服務器電源與磁性元器件未來會往高頻化小型化以及成本控制的方向去走。其次，氮化鎵等第三代半導體材料的應用可能也會越來越多。不過高頻化后，溫度會提高，因此在散熱這方面就要采取新策略。目前來看，只有客戶在設計以及空間要求相對嚴苛的時候我們才會用到氮化鎵，因此更多是定制化生產。后續成本下降之后才會逐漸量產。

臺達張會常：我們在選擇磁性元器件企業的時候會考慮多方面的情況，其中產品品質是我們最關注的。為了產品品質的穩定性，我們會更多選用自動化生產水平高的磁性元器件企業。（企業是否有往自動化、數字化方向轉型？）

金剛磁業劉峰：如今我們公司無論是從前段的成型到燒結到后段的加工，基本都能實現自動化。并且近兩年已經積極往數字化方向轉型。

可立克王歡：在磁性元器件早期設計階段，我們就會考慮到后期自動化生產的需要去進行設計。且近兩年我們也引入一些新的生產工藝，更好適應磁性元器件自動化生產的需求，大大提高了自動化生產水平。

康舒電子王鳳尾：我們會重視磁性元器件企業能否按時交付這一問題。為此希望磁性元器件企業能提高產能，并能有一定的庫存量。（磁性元器件企業可通過哪些措施更好地保證在交期內完成生產？）

可立克王歡：首先，我們會根據往年的經驗以及客戶的需求對不同的產品進行提前備料。其次，雖然我們本身產能足以應對客戶提出的交付時間，但可能會受上游供應商的影響被迫延遲，因此我們會擴大我們現有供應商的選擇，增加備選的供應商，以保持貨源的穩定，減少被迫延長交期情況的出現。                                                             

金剛磁業劉峰：首先，我們會先跟客戶明確他們的需求訊息，把握我們的生產方向和生產節奏。其二，我們會有適當的備料。只是今年受原材料漲價的影響，在備料方面我們會更為謹慎。其三，我們會根據市場的需求適當的增產擴產。不過以目前的行情來看，我們的生產產能還有一部分空余，因此都能滿足及時交付的要求。

服務器電源企業段經理：磁性元器件是電源模塊構成的關鍵，因此控制磁性元器件的設計成本成了重中之重。（企業如何更好降低成本，將企業利益最大化？）

金剛磁業劉峰：今年受國家政策與貿易環境影響，原材料上漲，給企業帶來很大的成本壓力。為此，主要有兩個方向去控制我們的成本。一方面，可以提高我們產品品質與合格率，減少損失。另一方面，提高生產效率，縮短生產周期。而要做到這一點，就需要去提高我們的自動化生產水平。

可立克王歡：一般來說，電阻、電容價格相對穩定，而磁性元器件定制化生產較多，在價格上有較大的浮動空間。為了更好控制成本，我們在磁性元器件的前端設計時就會考慮到后期自動化生產，從而提高自動化生產水平。再次，還可通過提高產品良率減少損失的成本。針對前端的關鍵工藝，如焊錫這一流程，近兩年我們通過電阻焊加熱的方法去焊接，替代原有的錫條焊接，不僅產品良率相比以往有了很大的提升，而且減少了污染物的產生，順應當今綠色生產的趨勢。

 經緯達汪洪偉：配合客戶提升電源頻率，有效的利用磁集成技術，降低磁材的使用量。從設計上盡量減少材料的使用量，優化設計降低磁性元器件的工時，提升生產效率。

結語：

5G時代數據中心數量的增長，帶動服務器行業的發展，也給服務器電源企業、磁性元器件企業、磁性材料企業帶來廣闊的市場發展空間。

大比特產業研究室報告顯示，市面主流X86服務器中，每個電源模塊中平均有6顆定制化電感和4顆電子變壓器，電路板中還有近50顆磁性元器件。且目前市場上的服務器以配有2個電源、4個電源的模式占據主導，取平均值以每臺服務器配有3個電源計算，一個服務器里面大概有80-100顆磁性元器件。由此推算，2021年全球X86服務器里將有10-12億顆磁性元器件的需求，到2025年將有17-19億顆磁性元器件需求。

然而，要在這一市場中分得一杯羹，也并非易事。尤其近兩年，在新基建需求爆發和疫情導致供應受阻雙重影響下，磁性元器件企業有時會出現無法及時供應的情況，這也成為如今服務器電源在選擇企業時重要的考察方式。為能及時交付，企業可從以下四個方面來滿足客戶需求：一是要明確客戶所需，包括具體的訂單量和最終交付時間；二是對原料進行適當備貨；三是擴大上游供應商選擇，分散風險，保證上游企業能提供足夠的供貨量；四是有規劃地進行擴產增產。

從對話嘉賓的分享中我們得知，隨著服務器電源的發展，對磁性材料、磁性元器件提出了更高頻化、小型化的要求。為此，磁性材料企業、磁性元器件企業也選擇積極應戰，不斷加大投入研發新型磁性材料，通過結構上的重新設計縮小體積，在滿足當前100khz的常規要求下，仍繼續往高頻化方向進行突破。

此外，今年已有部分服務器電源企業實現將氮化鎵材料應用于電源模塊中。談及未來的發展方向，大部分磁性元器件企業、服務器電源企業都認為，隨著第三代半導體材料的發展，氮化鎵材料的應用領域將更為廣泛，在服務器電源中的應用也會更加深入。為此，不少企業跟記者透露，公司目前已經在做相關的技術儲備，來應對這一趨勢。