Vicor發布針對汽車、高性能計算及機器人在疫情下的發展預測

作者：Vicor Nicolas Richard、Lev Slutskiy、Teo DeLellis 和 Henryk Dabrowski

因疫情原因改變了大家的習慣、優先次序被重新定義，這些推動了創新加速。Vicor 的專家列舉了一些示例，表明現有趨勢將大幅加快并重點關注高效、緊湊、模塊化供電網絡 （PDN） 的使用與發展。

汽車 — Vicor 公司歐洲、中東和非洲汽車業務開發總監 Nicolas Richard 表示，新冠疫情加速了向電動汽車和 48V 系統的過渡

交通運輸是受全球疫情影響最嚴重的領域之一。乘公交車上下班及長途旅行的人越來越少，汽車產業出現了銷量迅速下滑的情況，預測顯示這種下降趨勢將持續到 2021 年。制造商對此做出的回應是，將更多的工作重點放在增長的細分市場上，特別是電動汽車。在減少傳統汽車開發的同時，他們正在加大具備競爭優勢技術的電動汽車的開發。乘公交車上下班的人越來越少，調查顯示，人們認為自己開車比乘公交車要安全得多。所以，我們認為這將加速對高性價比電動汽車的需求，因此隨著越來越多地對電動汽車的投資，48V PDN 替代 12V PDN 的趨勢將明顯加快。

2021年，隨著制造商增加主動制導懸架系統、后輪轉向或防側擺穩定系統，將出現更多 48V 電池系統，特別是在輕混汽車中。為了支持這一發展趨勢，更多 48V 系統將需要轉換為 12V，為汽車安全性、舒適性、信息娛樂系統和導航系統提供支持。除了可實現更輕的線纜或更高的功率外，在將電壓增加到 48V 來減少所需的降壓時，HEV 和 EV 中高壓電池的轉換效率會更高。此外，用于為 EV 和 HEV 供電的主電池電壓也將增加，800V 電壓將變得越來越普遍，以縮短充電時間。這些變化需要一種新型電源組件來為未來的汽車構建配電網絡。

圖 1：NBM6123 — 可擴展的 800V 《-》 400V DC/DC 6.4kW

隨著 400V 和 800V 充電站的部署，車輛與充電站的兼容性需要在這兩種電壓之間進行簡單而高效的轉換。NBM6123 采用 63 x 23 毫米 CM-ChiP 封裝，可提供 6kW 的 400V 及 800V 固定比率轉換，從而可為電池與充電站的兼容實現高效率、高密度的可擴展解決方案。NBM6123 的雙向功能允許使用相同的模塊執行升降壓轉換。此外，NBM6123 還可用于在 800V 充電過程中為空調和車內電子設備提供 400V 電源，從而可最大限度減少電池平衡電路。

全新 48V 供電網絡需要支持電源傳統的 12V 負載、全新驅動器、轉向以及線控制動大功率系統。隨著負載的增加，在 48V 下提供更大的電源，需要高密度模塊，而不是更加笨重的分立式解決方案。Vicor 提供幾款用于 48V 供電的模塊。這些器件包括固定比率及穩壓轉換器解決方案，支持 48V 和 12V 負載。這些轉換器可部署在一個單獨的外殼中，也可部署在采用更小、更輕 48V 配電網絡的整個車輛中。DCM 和 PRM 模塊分別提供 48V 至 12V 穩壓輸出和 48V 至 48V 穩壓輸出。NBM 提供 48V 至 12V 或 12V 至 48V 雙向固定比率轉換。

高性能計算 — Vicor 區域經理 Lev Slutskiy 預測，數據中心的容量需求將超過物理設備空間。

數據中心已經在快速增長，但疫情又加速了數據中心的需求，超出了此前的預測，即使在新冠病毒消退后，數據中心的需求仍將繼續長期增長。越來越多的人在家辦公，越來越多的學生在家上課，由于家庭以外的休閑時間選擇較少，越來越多的人在看視頻、玩在線游戲。我們已經體會到用戶對支持當前電信基礎設施的數據中心城市主干網的依賴程度有多高。2021 年，對數據中心更高電源效率的追求將加快，我們相信數據中心行業將購買比往年更多的可再生能源，但我們預計，有更多的數據中心將從交流 （AC） 基礎設施解決方案轉向直流 （DC），以更好地應對高性能計算電源需求的大幅增長。

這種快速的、出人意料的需求加速超出了廠商擴展數據中心物理容量的能力；因此，數據中心運營商需要在現有的機架空間中增加更多的容量。這對供電影響很大。能夠在優異的熱管理情況下，在相同的機架空間內更高效地供電，比以往任何時候都重要。人工智能、云計算和大數據都在推動對更高處理能力的需求，從而導致了更高能耗和更大電流，這反過來又會導致因電源轉換和變壓過程造成的更大電力損耗。數據中心電源創新的第三個重大變革方面將是機柜和機架層面的供電和電源效率，以達到實現云計算、人工智能和大數據應用所需的更高計算能力（數百億億 FLOPS）。

一種管理電源的更高效方法是增大這些系統內的電壓，并在交流整流后使用直流或直接從可再生能源的來源使用。將高壓（通常是 260 - 410V DC）轉換為現代計算單元輸入所用值（12V 或更好的 48V）的任務可由母線轉換器來執行。我們相信，系統設計人員將使用諸如分比式電源架構 （FPA） 和高效率轉換器模塊等更多此類創新架構解決方案來縮短大電流供電器模塊與負載點 （PoL） 之間的距離，以便在未來超級計算應用中降低PDN 電阻，從而最大限度降低功耗。幾家大型高性能計算 （HPC） 產品制造商，例如最近在“Green 500 強排行榜”上位列第 1、第 3、第 4 和第 5 的 Nvidia，實際上已經采用這種方法將數據中心從內到外變得更綠色環保。

圖 2：分比式電源穩壓和變壓階段

圖 3：Vicor-DCM5614-VIA

機器人 — Vicor 歐洲、中東和非洲銷售副總裁 Henryk Dabrowski 預測，2021 年歐洲無人機和機器人在公眾場合出現的次數將達到 7.47 億次。

到 2021 年年底，作為我們抗擊疫情的一個環節，歐洲每一位男士、女士和兒童至少都會看到一次配送機器人或無人機在投遞包裹或在對公共場所進行消毒。此外，機器人技術還將迎來重大創新加速，因為企業希望通過機器人與客戶安全接觸并在不讓人接觸新冠病毒的情況下，執行任務。為滿足需求，機器人開發人員需要利用現有的設計，將其視為平臺，而不是試圖從零開始開發新的機器人。擴展平臺就必須擴展電源，以滿足不同尺寸、不同功能的機器人需求?？蓴U展的模塊化供電方法是應對這一挑戰的關鍵。

擴大自動配送服務范圍的一個關鍵因素是機器人或無人機的工作范圍和重量。Vicor 不僅可幫助設計人員減輕其無人機重量，實現高性能，而且還可幫助他們采用能使無人機更可靠地飛得更遠的方式管理電源。我們預測，在歐洲人口較為稠密的城市，機器人將比無人機多得多，而在阿爾卑斯山等較為偏遠的地區，將會有更多無人機幫助應對危機事件、運送重要的醫療物資，而較重貨物的運送則將由自動駕駛卡車提供支持。在歐洲，樂購、亞馬遜、敦豪和聯合包裹都已開始試著使用無人機送貨，我們把最近的疫情視為推動零售走向全面數字化轉型的轉折點。人們已經在封城期間習慣了送貨上門的便利，這就意味著親自到最喜歡的商店或超市去購物的人流量將不會回到疫情前的水平。在大街上使用機器人送貨，在空中使用無人機送貨，將幫助零售商顯著降低送貨成本。在中國，無人機已經開始用于向偏遠地區運送貨物，我們發現，隨著物流公司可獲得國家空運主管部門的許可，允許通過無人機提供零售空運服務，這一發展已經提速。

圖 2：ZVS 降壓解決方案