Vicor 发布针对汽车、高性能计算及机器人在疫情下的发展预测

2021年06月09日

因疫情原因改变了大家的习惯、优先次序被重新定义，这些推动了创新加速。Vicor 的专家列举了一些示例，表明现有趋势将大幅加快并重点关注高效、紧凑、模块化供电网络 (PDN) 的使用与发展。

汽车 — Vicor 公司欧洲、中东和非洲汽车业务开发总监 Nicolas Richard 表示，新冠疫情加速了向电动汽车和 48V 系统的过渡
交通运输是受全球疫情影响最严重的领域之一。乘公交车上下班及长途旅行的人越来越少，汽车产业出现了销量迅速下滑的情况，预测显示这种下降趋势将持续到 2021 年。制造商对此做出的回应是，将更多的工作重点放在增长的细分市场上，特别是电动汽车。在减少传统汽车开发的同时，他们正在加大具备竞争优势技术的电动汽车的开发。乘公交车上下班的人越来越少，调查显示，人们认为自己开车比乘公交车要安全得多。所以，我们认为这将加速对高性价比电动汽车的需求，因此随着越来越多地对电动汽车的投资，48V PDN 替代 12V PDN 的趋势将明显加快。
2021年，随着制造商增加主动制导悬架系统、后轮转向或防侧摆稳定系统，将出现更多 48V 电池系统，特别是在轻混汽车中。为了支持这一发展趋势，更多 48V 系统将需要转换为 12V，为汽车安全性、舒适性、信息娱乐系统和导航系统提供支持。除了可实现更轻的线缆或更高的功率外，在将电压增加到 48V 来减少所需的降压时，HEV 和 EV 中高压电池的转换效率会更高。此外，用于为 EV 和 HEV 供电的主电池电压也将增加，800V 电压将变得越来越普遍，以缩短充电时间。这些变化需要一种新型电源组件来为未来的汽车构建配电网络。

图 1：NBM6123 — 可扩展的 800V <-> 400V DC/DC 6.4kW

随着 400V 和 800V 充电站的部署，车辆与充电站的兼容性需要在这两种电压之间进行简单而高效的转换。NBM6123 采用 63 x 23 毫米 CM-ChiP 封装，可提供 6kW 的 400V 及 800V 固定比率转换，从而可为电池与充电站的兼容实现高效率、高密度的可扩展解决方案。NBM6123 的双向功能允许使用相同的模块执行升降压转换。此外，NBM6123 还可用于在 800V 充电过程中为空调和车内电子设备提供 400V 电源，从而可最大限度减少电池平衡电路。
全新 48V 供电网络需要支持电源传统的 12V 负载、全新驱动器、转向以及线控制动大功率系统。随着负载的增加，在 48V 下提供更大的电源，需要高密度模块，而不是更加笨重的分立式解决方案。Vicor 提供几款用于 48V 供电的模块。这些器件包括固定比率及稳压转换器解决方案，支持 48V 和 12V 负载。这些转换器可部署在一个单独的外壳中，也可部署在采用更小、更轻 48V 配电网络的整个车辆中。DCM 和 PRM 模块分别提供 48V 至 12V 稳压输出和 48V 至 48V 稳压输出。NBM 提供 48V 至 12V 或 12V 至 48V 双向固定比率转换。

高性能计算 — Vicor 区域经理 Lev Slutskiy 预测，数据中心的容量需求将超过物理设备空间。
数据中心已经在快速增长，但疫情又加速了数据中心的需求，超出了此前的预测，即使在新冠病毒消退后，数据中心的需求仍将继续长期增长。越来越多的人在家办公，越来越多的学生在家上课，由于家庭以外的休闲时间选择较少，越来越多的人在看视频、玩在线游戏。我们已经体会到用户对支持当前电信基础设施的数据中心城市主干网的依赖程度有多高。2021 年，对数据中心更高电源效率的追求将加快，我们相信数据中心行业将购买比往年更多的可再生能源，但我们预计，有更多的数据中心将从交流 (AC) 基础设施解决方案转向直流 (DC)，以更好地应对高性能计算电源需求的大幅增长。
这种快速的、出人意料的需求加速超出了厂商扩展数据中心物理容量的能力；因此，数据中心运营商需要在现有的机架空间中增加更多的容量。这对供电影响很大。能够在优异的热管理情况下，在相同的机架空间内更高效地供电，比以往任何时候都重要。人工智能、云计算和大数据都在推动对更高处理能力的需求，从而导致了更高能耗和更大电流，这反过来又会导致因电源转换和变压过程造成的更大电力损耗。数据中心电源创新的第三个重大变革方面将是机柜和机架层面的供电和电源效率，以达到实现云计算、人工智能和大数据应用所需的更高计算能力（数百亿亿 FLOPS）。
一种管理电源的更高效方法是增大这些系统内的电压，并在交流整流后使用直流或直接从可再生能源的来源使用。将高压（通常是 260 - 410V DC）转换为现代计算单元输入所用值（12V 或更好的 48V）的任务可由母线转换器来执行。我们相信，系统设计人员将使用诸如分比式电源架构 (FPA) 和高效率转换器模块等更多此类创新架构解决方案来缩短大电流供电器模块与负载点 (PoL) 之间的距离，以便在未来超级计算应用中降低PDN 电阻，从而最大限度降低功耗。几家大型高性能计算 (HPC) 产品制造商，例如最近在“Green 500 强排行榜”上位列第 1、第 3、第 4 和第 5 的 Nvidia，实际上已经采用这种方法将数据中心从内到外变得更绿色环保。

图 2：分比式电源稳压和变压阶段

图 3：Vicor-DCM5614-VIA

机器人 — Vicor 欧洲、中东和非洲销售副总裁 Henryk Dabrowski 预测，2021 年欧洲无人机和机器人在公众场合出现的次数将达到 7.47 亿次。
到 2021 年年底，作为我们抗击疫情的一个环节，欧洲每一位男士、女士和儿童至少都会看到一次配送机器人或无人机在投递包裹或在对公共场所进行消毒。此外，机器人技术还将迎来重大创新加速，因为企业希望通过机器人与客户安全接触并在不让人接触新冠病毒的情况下，执行任务。为满足需求，机器人开发人员需要利用现有的设计，将其视为平台，而不是试图从零开始开发新的机器人。扩展平台就必须扩展电源，以满足不同尺寸、不同功能的机器人需求。可扩展的模块化供电方法是应对这一挑战的关键。
扩大自动配送服务范围的一个关键因素是机器人或无人机的工作范围和重量。Vicor 不仅可帮助设计人员减轻其无人机重量，实现高性能，而且还可帮助他们采用能使无人机更可靠地飞得更远的方式管理电源。我们预测，在欧洲人口较为稠密的城市，机器人将比无人机多得多，而在阿尔卑斯山等较为偏远的地区，将会有更多无人机帮助应对危机事件、运送重要的医疗物资，而较重货物的运送则将由自动驾驶卡车提供支持。在欧洲，乐购、亚马逊、敦豪和联合包裹都已开始试着使用无人机送货，我们把最近的疫情视为推动零售走向全面数字化转型的转折点。人们已经在封城期间习惯了送货上门的便利，这就意味着亲自到最喜欢的商店或超市去购物的人流量将不会回到疫情前的水平。在大街上使用机器人送货，在空中使用无人机送货，将帮助零售商显著降低送货成本。在中国，无人机已经开始用于向偏远地区运送货物，我们发现，随着物流公司可获得国家空运主管部门的许可，允许通过无人机提供零售空运服务，这一发展已经提速。

图 2：ZVS 降压解决方案