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    博瑞體育鄭海平:模块电源新趋势揭晓 华为推动产业数字化进程加速

      [  中关村在线 原创  ]   作者:徐鹏   |  责编:徐鹏
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          千行百业的数字化转型正在走向深水区,基于云、AI、物联网等技术的业务场景呈现出多元化态势。与此同时,新基建的提出也为新经济、新产业的高速发展提供了清晰的政策指引,其所包含的信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施内容丰富,尤其是融合基础设施涉及的技术类型众多,IT基础架构的革新势在必行,不仅要满足计算、网络、存储的性能要求,更要符合长期的绿色、节能标准。

          “相较于4G,5G的站点功耗会翻番,由于站间距变成了原来的一半,意味着站点的数量也会翻倍。而在数据中心场景中,之前单个数据中心每机架的功耗大概平均是4KW、6KW,未来几年平均每个机架的功耗会达到10kW,12kW,甚至15KW,在超算场景已经达到30、60甚至100KW,这就意味着数字化的转型必然要面临功耗方面的压力。”华为数字能源产品线副总裁、模块电源领域总裁秦真在接受采访时提到。

    模块电源新趋势揭晓 华为推动产业数字化进程加速
    华为数字能源产品线副总裁兼模块电源领域总裁 秦真

          数据显示,预计到2025年全球通信站点数量将增至7000万个,年耗电量超过6700亿度;数据中心将增至2400万机架,年耗电量超过9500亿度,泛工业场景,仅轨道交通、工业制造行业年耗电量将超过16万亿度;智能终端数达到400亿部,年耗电量将高达2100亿度。

          为了应对如此高负荷的用电量,世界各国都在关注节能减排,节能降耗已成为全人类的共同目标。中国承诺2030年达到碳达峰,2060年达到碳中和,日韩也提出在2050年实现碳中和。全球的能源革命也会驱动各行各业,包括CT领域、IT领域、工业领域以及消费电子领域,大家都会越来越重视绿色的发电、高效地用电。

          基于以上背景,华为模块电源召开了一次面向未来新趋势的发布。华为数字能源秉承开放合作的态度,以“被集成”方式首次对外开放数字能源核心电源模块,并聚焦泛CT,泛IT,泛工业和消费电子四大行业,持续根技术投入,打造高密、高效、高可靠及数字化模块电源方案,成就全球合作伙伴,助力产业升级,打造消费端极致体验。“我们提出了模块电源的趋势,同时支持产业的数字化转型。”秦真说。

          截止2020年,华为模块电源累计发货达3亿多片,包括一次(交流电转直流电)、二次(直流电转单板类,12V、48V、5V、3.3V)、三次(直流电压到芯片,3.3V到0.X伏),支撑了华为公司在联接、计算,终端等方面多个业务,服务全球各行各业。一直以来,华为在数字和能源两大领域持续深耕,融合数字技术和电力电子技术,为能源行业带来“极简、智能、绿色、安全”的解决方案。

          据了解,华为模块电源以“开放合作、被集成”的模式,聚焦泛CT、泛IT、泛工业和消费电子四个领域。泛CT领域,支持通信设备供电,面向各类站点和分布式场景,全系列综合能源供电方案,

          通过在CT场景中把电源芯片化,能够使得单板设计更加简单,让单板面积较此前减少50%以上,并且具备数字化的控制能力,电源的管理都会在云端做到可视、可管、可控。。

          泛IT领域,华为具有从发电端到机框内部,再到芯片端的端到端全链路的供电解决方案,全链路模块化供电解决方案可实现系统化联动,效能最优。

          泛工业领域,围绕价值行业,聚焦核心模块,坚持电源被集成,应用于工业控制电源、轨交电源模块(轨道交通)、充电模块(充电设施),全链路系列化匹配工业领域多样化供电需求,涵盖工业机器人、安防、医疗、无人机等领域。

          与ICT场景相比,泛工业场景覆盖的业务种类更复杂,并且在高铁等特定场景中对温度、可靠性、抗震能力等方面有着特殊要求,这就需要模块在设计之初就要考虑密封和散热的需求,例如会把功率管和电压器贴在一起,用正面和反面的材料把热传导出来再贴到设备的散热片上,保证其可以适用于工业中的各种场景。要知道,华为在封装技术、芯片控制技术、芯片拓扑算法上都有知识产权,这也确保了其电源在供应性、可靠性、环境适应性上都是较为领先的。

          消费电子领域,“重新定义用电习惯,超级快充无处不在”,基于华为多年在快充和安全方面的技术积累,借助快充模组满足人们对于移动终端快速充电的需求。目前,快充模组已经可以集成到插排、车载、台灯、办公桌等不同的终端形态上。

          未来,模块电源的新趋势主要体现在六个方面:数字化、小型化、芯片化、全链路高效、超级快充、安全可信。秦真认为,能源的数字化会分为三个层次:部件的数字化,电源从模拟控制转向数字控制;设备级的联动,电源与负载、芯片之间要有联动调优的过程,对电压、频率曲线等进行调节和有序管理;设备联网,在云端对其实现管理、预测、可视化,在云端就能看到电源内部的电压、电流、频率、工作状态甚至里面关键器件的寿命,及精确预测电源里面的器件故障,据此为运维人员提供维修建议或预测性的维修。

          未来3-5年,华为模块电源的功率密度预计会实现翻倍,这就为小型化提供了性能上的基础。除了高频技术、多相技术的帮助,器件集成技术也起到了很大作用,电阻、电容等器件可以直接部署到PCB中,形成“3D布局”。同时,器件的材料会逐渐从硅基MOS管走向化合物半导体,如碳化硅、氮化镓等。

          电源芯片化之后,除了系列塑封性更强,也更利于工程师进行现场调试,让应用电源变得更加简便。板载电源模块已逐渐由原来的PCBA形态演进到塑封形态,未来,基于半导体封装技术和高频磁集成技术,电源将由独立硬件向软硬件耦合的方向发展,不仅功率密度可提两倍以上,而且可以提升可靠性及环境适应能力,使能设备智能化升级。

          当然,能源产业的绿色节能不能只关注某一个环节,从发电端到传输路径,再到设备端、内部板卡部件的全链路高效至关重要,多数厂家只关注一次电源(AC/DC),二次电源(DC/DC)的效率,忽略了板载电源最后一厘米的供电效率,华为在前两级电源高效的基础上选用先进的碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)材料,基于数字化模型的自定义IC与封装、拓扑与器件强耦合设计。

          移动设备的增多使得人们对超级快充的需求越来越迫切,华为率先提出的“2+N+X”概念,即将有线、无线两种快充技术集成到N类产品(如插排、墙插、台灯、咖啡机、跑步机等),应用于X种场景(比如家居、酒店、办公、车内等),以后用户出行不需要再随身携带充电器、充电宝等,实现超级快充无处不在和极致快充体验。

          除了硬件可靠性持续提升外,功率器件的数字化,管理云化也带来潜在的网络安全威胁,电源的软件安全也成为新的挑战,系统韧性、安全性、隐私性、可靠性、可用性成为必要要求。电源产品一般不是攻击的最终目标,但对电源产品的攻击会增强对整个系统的破坏性。华为从用户安全性角度考虑,保证每个产品从硬件到软件都是安全可靠的,这样才能保障客户的产品或系统不被破坏,做到安全可靠。

          针对四大行业的不同应用场景,华为对电源模块进行了针对性的创新设计,在产品形态和封装技术上也有区分。“我们从设计开发、器件选型到整个的可靠性验证、FMEA分析、HOT实验、HARS实验,都是要覆盖所有产品,不管是消费类还是工业类,可靠性的管理方法是一样的。”秦真谈到,“华为在可靠性上也有30多年的积累,比如我们的基站应用在珠峰大本营上,目前已经可靠工作快一年了,没有出过任何问题。除了可靠性的设计以外,华为还开设了很多可靠性测试外场。每一款新做的电源都会放到外场运行,然后把电源拿回来做失效分析,专门分析它的薄弱点,把薄弱点改进再应用到新一轮开发和可靠性的实践中,这就是我们在不同行业里面,用户同样的方法论适应不同行业的可靠性,适应各种各样复杂环境的方法。”

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