数字能源将改变处理、移动和储存能源方式

2013-08-26 16:28 来源:电子信息网 作者:和静

强大的设计工具、一流的嵌入式处理性能以及高效率的电力电子晶体管推动了数字能源革命的发展。这些功率晶体管将能量转换成数据包,然后在高速嵌入式控制系统的控制下精确地对数据包进行转换和处理。目前,最常使用的设备类型之一是绝缘栅双极型晶体管或IGBT。20世纪80年代以来,IGBT技术已经经过了六次发展,平均每11年,其能源效率提高了一倍。预计到2020年,用于风能和太阳能农场的5兆瓦逆变器在体积上将比2000年的相同设备小27倍。能源与信息一样,也是所有其他现代技术的基础,能源的数字化将对商业和经济的发展起到重大的影响。

“只需一个系统设计工具链,我就可以实现从设计到商用部署等一系列过程,从而显着缩短了许多项目的开发时间。现在,通过在已进行生产预验证且成本效益高的可部署硬件上进行原型验证,我们可以将商用硬件产品带到室外进行3个月的实地测试。而其他具有竞争力的Real-Time平台则需要更大规模的电路设计人员、DSP程序员、工程师和技术人员团队,而且仍然无法部署这些平台。”-Yakov Familiant, Eaton Corporation电力系统和架构首席工程师

20世纪80年代以来,嵌入式处理器和FPGA的PPD(performance-per-dollar)以惊人的速度增长--超过500万倍。即使到了20世纪90年代末,模拟控制系统的 PPD 仍比数字控制系统高,但近几年摩尔定律的发展却使数字控制系统将模拟控制系统远远地甩在身后。最近,嵌入式计算芯片的性能又发生了一次变革。微处理器、DSP和FPGA这三种最常用的嵌入式处理技术已经集成到单个异构集成电路。几年前,FPGA和DSP合并到单个芯片组大大降低了集成成本,使数字控制系统的PPD增长了40倍。对于数字能源系统来说,其重要意义在于将DSP的高效计算能力与可重配置FPGA芯片的并行机制和硬件加速特性相结合。

嵌入式计算芯片组的PPD每14个月增加一倍,且在未来几年内,这个周期将比嵌入式系统13个月的更短。这会使许多产品开发团队陷入不断需要重新设计的高成本高风险“沙鼠轮”陷阱中。等到产品发布时,他们(和他们的竞争对手)已经可以购买到具有两倍PPD的芯片组。以当前的发展速度,嵌入式计算芯片的性能从2010年到2020年将提升2^8倍,所以2020年购买的处理芯片的PPD很可能比2010年的芯片高至少256(2^8)倍。

需要不断重新设计产品线才能跟上摩尔定律指数增长的步伐,这一现实使大小型公司面临着日益严峻的挑战。许多高管和董事会成员都在思考是否有替代产品。

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