#工業4.0 #智慧製造 #工業自動化 #軟體可配置輸入輸出SWIO #電源管理單元PMU #工業乙太網 #10BASE-T1L

【降低模組開發成本的神器：SWIO】

不論是用於程序控制安裝還是工業自動化系統，I/O 模組或現場接線盒在整個產品生命週期中都面臨著各種獨特的挑戰。產品管理層需要決定每個產品使用多少個通道以及進行哪些組合。電子設計人員必須決定如何對專案中的各種類比或數位訊號實現傑出性能以及成本高效的系統。所有不同的產品和大量接線圖可能使安裝技術人員心力交瘁。

於是，市場上開始出現「軟體可配置輸入／輸出」(Software Configurable I/O; SWIO) 積體電路 (IC) 產品，可隨時支援接腳上的任意功能和組合。對於程序控制或工廠自動化中的工業可編程邏輯控制器 (PLC) 或分散式控制系統 (DCS)，終端客戶和應用的要求不同；隨著工業 4.0 的出現，消費者的行為和需求也發生了變化，因此，製造商需要更彈性的系統來快速輕鬆地適應不斷變化的要求。

為此，製造商不能再依賴為大眾市場產品設計的固定的大規模系統和可預測的需求。相反，他們需要彈性的系統，此類系統支援快速重新配置，停機時間和資本投入也處於非常低的水準。SWIO 元件不僅支援其通道作為輸入或輸出編程，而且支援作為類比或數位編程。此外，還可對它們進行高效設定，用於讀取 2 線或 3 線電阻溫度偵測器 (RTD) 或熱電耦。

使用正確的 SWIO IC，允許製造商開發一個可代替多個陳舊固定功能 I/O 模組的平台，亦可應用於 I/O 隨著每次安裝而動態變化的多個終端應用中，有助於降低產品管理、物流、製造和支援成本。另由於軟體可配置 I/O 可進一步用於需要更新至 10BASE-T1L 工業乙太網路系統的棕地裝置，所以可將其用於為基於乙太網路的控制網路之間的連接橋樑，能在現有支援 HART 的 4～20 mA 感測器／致動器與 10BASE-T1L 或 100M 光纖回程之間進行轉換。

延伸閱讀：
《軟體可配置硬體如何協助實現工業 I/O 模組的彈性》
http://www.compotechasia.com/a/tech_application/2021/0913/48992.html

#亞德諾ADI #AD74413R #ADP1032 #ADM1270 #AD5700

#智慧建築 #消防設備 #煙霧偵測器 #UL217 #Arduino

【最嚴格的「煙霧偵測器」監管法規來了！參考設計在此】

基於節能減碳與安全舒適，智慧建築正在普及。現代建築採用的合成材料可能會在火災意外發生時，因悶燒而產生致命煙氣；一旦遇有緊急情況，能進行疏散的時間將會更少。與此同時，新的防火規範規定應盡可能減少誤報，並在真正發生火災時更快發出警報，這迫使煙霧偵測市場不斷創新。煙霧探測器可以挽救生命，但前提是使用得當；美國在配備煙霧探測器的房產中，近四分之一 (23%) 的死亡發生在煙霧探測器不工作或因頻繁誤報而被禁用的情況下。

全球現有五大煙霧偵測器認證標準：UL 268、UL 217、EN 14604、BS EN 54、ISO 7240。其中，UL 268 和 UL 217 涵蓋美國和加拿大的相關法規，是目前最嚴格的測試標準，要求透過技術 (演算法) 有效區分聚氨酯泡沫墊燃燒產生的指定煙霧濃度，以及燒焦漢堡所產生的煙霧濃度 (烹飪和蒸氣導致的干擾警報測試)。使用雙波長偵測系統可減少干擾警報，具有低訊號測量的高訊噪比 (SNR) 和寬動態範圍則有助於更好地識別煙霧類型。

煙霧探測器製造商面臨四個關鍵挑戰：更高的性能以減少誤報的頻率，從而導致消費者禁用或關閉設備；新的監管要求 (UL217、EN54/14604)；需要頻繁更換電池的功耗；以及縮減煙霧偵測器尺寸，以便將煙霧偵測集成到其他建築控制系統中 (例如：疏散或緊急照明系統) 並實現美學吸引力。使用電池驅動的偵測設備還要求低功率以延長使用壽命或增加主迴路中的設備數量；另對於無線網路而言，更快發出警報意味著需要採用低延遲網路。

綜合考量，光學技術可支援實現更高的動態範圍，不僅提高可靠性，還可縮小外型尺寸或降低功耗。亞德諾 (ADI) 將類比前端 (AFE)、雙波長 LED 和光電二極體整合到一個小封裝中，極大簡化了光學設計並減少煙霧偵測器的佔用空間。該方案使用 Mie 散射方法，使 LED 更靠近光電二極體；這減少了電路板尺寸，並允許使用更小的煙霧偵測器，在建築上更適合住宅和商業用途。光電二極體和 AFE 的集成還提供高環境光抑制和寬動態範圍，更好地減少誤報。

此外，AFE 和集成設計可實現更好的電源管理，以延長電池壽命、支援感測器及無線產品設計；集成設計使用兩種顏色來區分顆粒大小，提高檢測和分類煙霧類型的能力，可在廚房和浴室等具有挑戰性的環境中排除干擾源。ADI 還開發了通過 UL 217 測試及驗證、具備超過千種火災和煙霧的測試資料集和演算法的煙霧偵測器參考設計，旨在滿足 UL 要求、加快開發週期、降低成本和專案風險。

演示影片：
《Smoke Detection》
https://www.analog.com/en/applications/markets/intelligent-buildings-pavilion-home/building-safety-security-solutions/smoke-detection.html?ADICID=BNAD_AP_P370102_502185703-309309741-6366906-154803406

#亞德諾ADI #CN0537 #ADPD188BI #Accumold28800X

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【散熱劃時代革命-液冷散熱】
時間：2021/8/1
發文：NO.1287篇
大家好，我是 LEO
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❖晶片效能越強-解熱難度越高
隨著半導體晶片發展-體積越來越小，電晶體密度越來越高，逐漸朝向高性能，超薄，微型化發展，電子元件散熱的空間越來越小，單位面積內所產生的熱能卻越來越高，無論是手機、電腦發熱發熱密度皆呈現指數級增長，此外，加密貨幣挖礦場，大型伺服器與資料中心，高階CPU、GPU產生的熱能更為驚人，如果熱能不能快速有效散出，輕則影響效能，嚴重會導致電腦或手機產生「電子遷移效應」，導致當機無法工作。
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❖台積電未雨綢繆超前部署
今年7月台積電在超大型積體電路 (VLSI) 研討會，展示晶片水冷研究結果，採用水通道直接引導到晶片，藉此提高晶片散熱效率。聽起來覺得不可思議，為什麼突然做這項研究？傳統晶片散熱-在晶片上塗導熱矽脂，將熱量傳到散熱器底部，導熱管、水冷管再將熱量導到鰭片，最後風扇將鰭片的熱量吹走，完成散熱。
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但是，若未來晶片採用 3D 堆疊技術，最新的SoIC先進封裝可以任意組合各種不同製程的晶片，除了記憶體甚至還能直接將感測器一起封裝在同一顆晶片裡面，線路的密度將是2.5D的1000倍，散熱就會遇到大瓶頸。
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3D堆疊晶片設計更複雜，更小的微縮製程，把晶片一層一層的堆疊起來，中間部分難以有效散熱，所以台積電的研究人員認為，解決方法就是讓水在夾層電路間流動，讓水直接從晶片內帶走熱量，這是最有效的方案，這裡指的水並非一般純水，而是不會導電的介電液，實際上操作起來非常複雜且昂貴，目前處於研究階段，這顯示出解決晶片散熱問題，將是半導體產業未來重要發展趨勢之一。
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❖晶片改朝換代推動-伺服器新設計
我們從上面描述可以知道新晶片設計只會更小，更複雜，更熱，而伺服器產業面臨的問題會更大，試想大型資料處理中心，裡面有多少伺服器？多少高階CPU、GPU都是24小時不斷電持續運作，龐大的熱能如何處理？當處理器的瓦數越來越高，一般來說，處理器的熱設計功耗超過240W就很難用風扇(氣冷)來解決，偏偏霸主Intel或是AMD新一代處理器動輒超過270甚至280W，現在馬上面臨到需要液冷散熱來帶走熱量。
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❖跟著產業霸主的方向走準沒錯
Intel在伺服器市場，主流解決方案以x86架構為主，全球 CPU市占率約 92%左右。未來Intel 仍將保持產業龍頭的地位，圍繞它的 CPU平台的升級仍是影響伺服器硬體產業鏈周期性變化的關鍵因素。
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2021 年第一季開始Intel最新的 Whitley Ice Lake 的處理器已向資料中心業者小量出貨，第二季開始放量，到第四季預估將占總出貨量的 40%，滲透率將大幅且快速提升，下一步，Intel英特爾預計 2022 年初量產支援 PCIe Gen5 的 Eagle Stream 平台，將會加速升級資料傳輸速度。
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❖英特爾正式將水冷散熱放進白皮書
有趣的事情來了，產業龍頭也意識到新平台-散熱問題非常棘手，2020年Whitley平台是intel「首度」將水冷頭(注意：非浸沒式)納入技術白皮書，更誇張的事情是未來的新平台 Eagle Stream第一顆CPU Sapphire Rapids至少 300W以上，甚至將來很多GPU會達到500瓦甚至700W以上，水冷散熱方案成為唯一解方，冷卻液監控主機(CDU)與水冷頭(覆蓋在處理器上方的水冷散熱片)全世界只有三家廠商通過Intel認證，台灣的廣運(6125)是唯一兩項全拿的合格供應商。
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❖節能減碳-省電又可以賺積分
歐盟在7月剛通過55套案，其中碳邊境調整機制，又稱碳關稅，預計自2023年起試行，2026年正式實施，先從鋼鐵、電力等產業先行，但是用電大戶的資料中心無法置身事外，跟大家分享一個數字會比較有概念，2017年中國數據中心總耗電量為1200-1300億KW，超過三峽大壩與葛洲壩電廠2017年全年發電量總和(分別為976億KW、190億KW)，占中國總發電量的2%，到了2025年資料中心耗電將高達 3842億KW，占全中國總發電量的 6%，這隻吃電怪獸肯定會被盯上，高排碳業者會被課較高關稅(碳關稅)，將進一步帶動資料中心業者積極導入液冷散熱達到「省電」與「節能減碳」的效果，甚至有望仿效電動車Tesla透過碳積分來挹注獲利，可望大幅提高液冷散熱滲透率。
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❖水冷散熱技術門檻高-不簡單
2021年3月26日雲端資料中心伺服器開發商---緯穎科技宣佈，參與資料中心液冷廠商LiquidStack的A輪融資，並取得一席董事席位，其實早在2019年緯穎就與3M合作開發液冷方案，但是3M的電子氟化液是非導電-介電液是一種專利配方，掌握在3M手中，未來耗材都需向3M購買補充，入股LiquidStack可望取得自主技術。
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大家知道這種-不導電的「介電液」有多貴嗎？1公斤要價100美元，一個180KW的機櫃光是介電液裝滿就要價1000萬，重點是這個介電液每年都會耗損，需要定時補充，這樣就知道賣水的概念有恐怖、有多賺了吧，得介電液者得天下。
就算目前短期重點放在一般的「冷卻水」，得到英特爾認證的兩款冷卻水，一個櫃的成本大約7~8萬元，廣運集團研發成功的介電液打七折賣，一公斤70美元就相當有競爭力，而冷卻水一個櫃更只需要8000元，重點是水要通過認證，水在管線裡面跑如何恆久不變質？裡面還必須添加抗凍劑、苔癬抑制劑等特殊配方，是不是很多眉角！這些都是LEO深入研究去挖出來的。
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❖廣運(6125)上中下游整套系統全部整合
目前有三大產品線，水冷背門(20~25萬)/櫃，水冷頭(100~150萬)/櫃-目前英特爾首度放入新平台技術白皮書，已通過Intel認證，浸沒式機櫃(1000萬)/櫃，此外還有最重要的冷卻液監控主機(CDU)它是水冷散熱技術的根源，還有各種耗材、管線、冷卻水、介電液都是未來的發展重點。
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傳統散熱模組雖然便宜，一個42U的機櫃，風扇加散熱模組成本頂多台幣8~10萬，但將來水冷變成剛性需求，水冷頭機櫃，水對氣120~150萬/櫃，水對水90~120萬/櫃，全球的資料中心大約有 500萬櫃，每年新增30萬櫃左右，大家可以算看看，這產值增速有多恐怖。
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目前全世界只有2家公司有能力量產伺服器等級水冷頭機櫃，雙鴻、超眾這些傳統大廠要跨入最難的CDU(水冷監控主機)至少需要5年以上的參數與經驗值，而廣運的陳總已經深耕30年的散熱產業經驗，水冷頭機櫃的五大關鍵零件--廣運擁有四項(CDU、水冷頭、分岐管、制冷背門)盲插或快接頭，這個產業很新，很多法人也還沒那麼了解，有很多眉角，很多技術秘密，篇幅有限今天LEO就先介紹的這邊。
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如果大家想知道更多關於這個新的「水冷散熱產業」訊息，請鎖定 LEO股民當家團隊的頻道喔，⧉傳送門在下方↓
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天佑台灣，疫情早日結束❤️