Das Innovationstempo beschleunigt sich auch in anderen Bereichen, bedingt durch veränderte Gewohnheiten und neue Prioritäten infolge der Pandemie. Die folgenden Beispiele veranschaulichen bestehende Trends, die sich deutlich verstärken werden und den Einsatz und die Weiterentwicklung effizienter, kompakter und modularer Stromversorgungsnetze (PDNs) weiter vorantreiben.
Prognose Nr. 1 – Automobilindustrie: Covid hat die Einführung von Elektrofahrzeugen und 48-V-Systemen beschleunigt, von Nicolas Richard, Director of Automotive Business Development EMEA bei Vicor
Der Transportsektor zählt zu den am stärksten von der globalen Pandemie betroffenen Branchen, da weniger Menschen sowohl kurze als auch lange Strecken zurücklegen. Die Automobilindustrie verzeichnete einen rapiden Umsatzrückgang, und die Anzeichen deuten darauf hin, dass sich dieser Trend bis weit in das Jahr 2021 fortsetzen wird. Die Hersteller reagierten darauf, indem sie den Fokus verstärkt auf Wachstumssegmente, insbesondere Elektrofahrzeuge, richteten. Während sie die Entwicklung konventioneller Autos reduzierten, beschleunigten sie die Entwicklung von Elektrofahrzeugen und konzentrierten sich dabei auf Technologien, die einen Wettbewerbsvorteil bieten. Obwohl weniger Menschen reisen, zeigen Studien, dass sie sich in ihren eigenen Autos deutlich sicherer fühlen als im öffentlichen Nahverkehr. Wir gehen daher davon aus, dass dies den Bedarf an erschwinglichen Elektrofahrzeugen beschleunigen wird und der Trend zur Umstellung von 12-V- auf 48-V-Stromnetze aufgrund erhöhter Investitionen in die Entwicklung deutlich an Fahrt gewinnen wird.
Im Jahr 2021 wird der Einsatz von 48-V-Batteriesystemen zunehmen, insbesondere bei Mildhybriden, da die Hersteller aktive Fahrwerksysteme, Hinterradlenkung und Überschlagsstabilisierung integrieren. Um dies zu ermöglichen, werden vermehrt 48-V-zu-12-V-Umwandlungssysteme für Sicherheits-, Komfort-, Infotainment- und Navigationssysteme benötigt. Neben der Reduzierung des Verkabelungsaufwands und der Bereitstellung höherer Leistung ist die Umwandlung von Hochvoltbatterien in Hybrid- und Elektrofahrzeugen effizienter, wenn der Spannungsabfall beim Anstieg der Spannung auf 48 V geringer ausfällt. Auch die Primärbatteriespannungen für Elektro- und Hybridfahrzeuge werden steigen, wobei 800 V deutlich häufiger anzutreffen sein werden, um kürzere Ladezeiten zu ermöglichen.
Diese Entwicklungen erfordern eine neue Klasse von Leistungskomponenten, um ein verteiltes Stromnetz in den Fahrzeugen des nächsten Jahres zu realisieren.
Prognose Nr. 2 – Hochleistungsrechnen: Die Nachfrage nach Rechenzentrumskapazität wird das Angebot an physischen Flächen in den Produktionshallen übersteigen, von Lev Slutskiy, Regionaldirektor von Vicor.
Rechenzentren wuchsen bereits rasant, doch die Pandemie hat die Nachfrage unerwartet beschleunigt, und dieses Wachstum wird auch nach der Überwindung des Coronavirus anhalten. Da immer mehr Menschen im Homeoffice arbeiten, immer mehr Schüler von zu Hause aus lernen und die Freizeitmöglichkeiten außerhalb des Hauses eingeschränkt sind, werden mehr Streaming-Videos heruntergeladen und mehr Online-Spiele gespielt. Wir haben aus erster Hand erlebt, wie stark die Nutzer auf die städtischen Netze angewiesen sind, die die aktuelle Telekommunikationsinfrastruktur bilden. Im Jahr 2021 wird die Entwicklung energieeffizienterer Rechenzentren einen bedeutenden Schritt vorantreiben, und wir gehen davon aus, dass diese Branche nicht nur stärker auf erneuerbare Energien setzen wird als in den Vorjahren, sondern auch einen verstärkten Übergang von Wechselstrom- zu Gleichstrominfrastruktur erleben wird, um den enorm gestiegenen Strombedarf für Hochleistungsrechner besser zu decken.
Diese rasante und unerwartete Nachfragesteigerung übersteigt die Kapazität physischer Rechenzentren bei Weitem. Daher benötigen Rechenzentrumsbetreiber mehr Kapazität auf derselben Fläche, was erhebliche Auswirkungen auf ihre Stromversorgung hat. Es ist wichtiger denn je, auf derselben Fläche effizientere Stromversorgung mit exzellentem Wärmemanagement zu gewährleisten. Künstliche Intelligenz (KI), Cloud Computing und Big Data treiben den Bedarf an deutlich höherer Rechenleistung an, was zu einem signifikant höheren Energieverbrauch und Strombedarf führt. Dies wiederum erhöht die Stromverluste durch Stromumwandlungsprozesse. Ein dritter Bereich bedeutender Veränderungen bei der Rechenzentrumsinnovation betrifft die Stromversorgung und deren Effizienz auf Schrank- und Rackebene, um die erhöhte Rechenleistung (im ExaFLOPS-Bereich) zu unterstützen, die für Cloud-, KI- und Big-Data-Anwendungen erforderlich ist.
Eine effizientere Methode zur Energieverwaltung besteht darin, die Spannung in diesen Systemen zu erhöhen und Gleichstrom zu verwenden, entweder durch Gleichrichtung von Wechselstrom oder direkt aus einer erneuerbaren Energiequelle. Die Umwandlung von Hochspannung (typischerweise 260–410 V DC) in die an modernen Computern üblichen Eingangsspannungen (12 V oder vorzugsweise 48 V) kann mittels Busumrichtern erfolgen. Wir gehen davon aus, dass Systementwickler diese innovativen Lösungen, wie z. B. Factored Power Architectures (FPAs) und effiziente Umrichtermodule, zunehmend in ihre Architekturen integrieren werden, um die Distanz zwischen Hochstromversorgungsmodul und Verbraucher zu verkürzen. Dies reduziert den Widerstand des Stromnetzes und minimiert somit die Leistungsverluste in zukünftigen Supercomputing-Anwendungen. Einige Hersteller von Hochleistungsrechnern (HPC), wie beispielsweise Nvidia (das kürzlich die Plätze 1, 3, 4 und 5 der Green 500-Liste belegte), haben diese Strategie bereits übernommen, um Rechenzentren umweltfreundlicher zu gestalten.
Prognose Nr. 3 – Militär und Luft- und Raumfahrt – Die drei wichtigsten Katalysatoren für Veränderungen im Jahr 2021 werden die Pandemie, Hyperschallraketen und asymmetrische Kriegsführung sein, von Teo DeLellis, Direktor für Geschäftsentwicklung im Bereich Luft- und Raumfahrt bei Vicor.
Aufgrund der enormen Investitionen zur Bekämpfung von COVID-19 haben Regierungen weltweit neue Prioritäten gesetzt und wirtschaftliche Unterstützungsmaßnahmen ergriffen, um Gemeinden, Unternehmen und Bürgern bei der Bewältigung der Pandemiefolgen zu helfen. Eine Studie von Jane’s aus dem Juni 2020 hob hervor, dass die Verteidigungsausgaben in wichtigen NATO-Staaten sinken. Daher werden die Regierungen Anfang 2021 unter immensem fiskalischen Druck stehen, ihre Budgets in Bereichen wie der Verteidigung zu kürzen, um ihre Wirtschaft, das Sozialwesen und andere wichtige Ziele zu stärken. Diese Maßnahme berücksichtigt jedoch nicht den geopolitischen Druck, der sich aus dem zunehmenden Nationalismus auf vielen Ebenen ergibt. Ein Beispiel hierfür ist Schwedens Entscheidung, seine Militärausgaben aufgrund der verschärften Spannungen mit Russland um 40 % zu erhöhen.
Wir sind überzeugt, dass Technologie und Innovation die durch diese widerstreitenden Anforderungen entstandenen Lücken schließen müssen, damit Regierungen mit weniger Ressourcen deutlich mehr erreichen können, beispielsweise durch die Aufrechterhaltung ihrer militärischen Reaktionsfähigkeit mithilfe neuer digitaler Technologien. In den USA hat die Bedrohung durch Hyperschallraketen aus Russland und China die Entwicklung defensiver und offensiver Raketenprogramme beschleunigt und zu einem Innovationsniveau geführt, das ursprünglich erst in fünf Jahren erwartet wurde. Auch die asymmetrische Kriegsführung wird 2021 ein wichtiger Treiber des Wandels sein, da die Möglichkeit von Drohnenschwarmangriffen hochrangige Ziele kostengünstigen Drohnen aussetzt und es nicht wirtschaftlich ist, eine 1.000-Dollar-Drohne mit einer 100.000-Dollar-Rakete zu zerstören. Dies wird technologische Fortschritte wie die stärkere Integration von KI in Verteidigungssysteme und den Einsatz von Lasern vorantreiben, die die Bedrohung durch diese Drohnenschwärme effektiver bekämpfen können. Die Drohnentechnologie wird weiterhin den Aufklärungsbereich dominieren, und die Energietechnologie wird dazu beitragen, die Reichweite und Einsatzdauer von Missionen zu erhöhen.
Prognose Nr. 4 – Robotik: Die Zahl der Drohnen und Roboter in Europa wird im Jahr 2021 747 Millionen betragen, so Henryk Dabrowski, Vizepräsident Vertrieb in EMEA bei Vicor.
Bis Ende 2021 wird es in Europa für jede Frau, jeden Mann, jeden Jungen und jedes Mädchen mindestens einen Lieferroboter oder eine Drohne geben, die im Rahmen der Pandemiebekämpfung Pakete ausliefert oder öffentliche Plätze desinfiziert. Auch die Robotikinnovation wird sich deutlich beschleunigen, da Unternehmen Roboter einsetzen, um sicher mit Kunden zu interagieren und Aufgaben zu erledigen, ohne Menschen dem Coronavirus auszusetzen. Um diese Nachfrage zu decken, müssen Robotikentwickler auf bestehende Designs zurückgreifen und diese als Plattformen nutzen, anstatt völlig neue Roboter zu entwickeln. Die Dimensionierung dieser Plattformen erfordert die Anpassung der Leistung an die jeweiligen Leistungsstufen, um den unterschiedlichen Größen und Fähigkeiten der Roboter gerecht zu werden. Eine modulare und skalierbare Energieversorgung ist daher unerlässlich.
Zu den Schlüsselfaktoren für den Ausbau automatisierter Lieferdienste zählen die Autonomie und das Gewicht von Robotern und Drohnen. Vicor ermöglicht es Entwicklern, ihre Drohnen leichter zu gestalten, um die Leistung zu verbessern und den Energieverbrauch zu optimieren. So können die Drohnen weiter und zuverlässiger als je zuvor fliegen.
Wir gehen davon aus, dass Roboter in den dicht besiedelten Gebieten europäischer Städte häufiger eingesetzt werden als Drohnen. In abgelegeneren Regionen wie den Alpen hingegen werden Drohnen vermehrt zur Unterstützung bei Notfällen und zur Lieferung lebenswichtiger medizinischer Güter eingesetzt, während schwerere Lasten von autonomen Lkw transportiert werden. In Europa haben Tesco, Amazon, DHL und UPS bereits mit dem Testen von Lieferdrohnen begonnen. Die Pandemie markiert einen Wendepunkt im Bestreben des Einzelhandels nach vollständiger Digitalisierung. Die Bequemlichkeit der Hauszustellung, an die sich die Menschen während der Lockdowns gewöhnt haben, bedeutet, dass der stationäre Einkauf in Geschäften und Supermärkten nicht mehr auf das Niveau vor der Pandemie zurückkehren wird. Der Einsatz von Robotern auf den Straßen und Drohnen in der Luft ermöglicht es Einzelhändlern, ihre Produkte kostengünstiger anzubieten. In China werden bereits Lieferungen per Drohne in abgelegenen Gebieten des Landes durchgeführt, und wir haben einen rasanten Fortschritt beobachtet, bei dem Logistikunternehmen Genehmigungen von den Luftfahrtbehörden für den kommerziellen Drohnenbetrieb erhalten haben.
