Elektroniikkalaitteisiin liitettävien ulkoisten teholähteiden hyötysuhdevaatimuksia halutaan edelleen kiristää. Myös niiden pakollisia energiamerkintöjä halutaan uudistaa yksityiskohtaisemmiksi. Päätavoitteena on supistaa merkittävästi energianhaaskausta kaikkialla maailmassa.
| Artikkelin kirjoittaja Jeff Schnabel vastaa teholähteitä valmistavan CUI-yhtiön tuotteiden kansainvälisestä markkinoinnista. |
Huipputekniikan tuotteisiin liittyvät energiatehokkuuden vaatimukset voivat auttaa suojelemaan koko planeettaamme, kun entistä tiukemmat tavoitteet otetaan käyttöön kaikkialla maailmassa toistuvasti uusiutuvina määräyksinä. Kaikki valtiot, jotka etsivät käytännön keinoja vastata lupauksiin ilmastonmuutoksen torjumisesta, kiristävät jatkuvasti määräyksiä, jotka koskevat esimerkiksi rakennuksia, ajoneuvoja, tietotekniikkalaitteita ja kodinkoneita. Tavoitteena on säästää energiakustannuksia ja vähentää kasvihuonekaasujen päästöjä.
Hyvä esimerkki tästä on elektroniikkalaitteisiin liitettäviä ulkoisia teholähteitä eli EPS-laitteita (External Power Supply) koskevien määräysten kehitys. 1990-luvun alussa Yhdysvaltojen ympäristönsuojeluvirasto EPA julkaisi ensimmäiset vapaaehtoiset määräykset näihin laitteisiin. Tämä tehtiin vastauksena akateemiseen tutkimukseen, jossa korostettiin teholähteiden merkittävää roolia energiansäästössä. Myöhemmin Yhdysvaltojen energiaministeriö DOE ja muut vastaavat viranomaiset kaikkialla maailmassa ovat julkaisseet spesifikaatioita, joiden tavoitteena on parantaa laitteiden keskimääräistä hyötysuhdetta aktiivitilassa ja vähentää myös valmiustilan energiahävikkiä – jota kutsutaan joskus termillä ’vampyyriteho’. Kalifornian energiakomissiosta tuli vuonna 2004 ensimmäinen virallinen elin, joka velvoitti valmistajat noudattamaan pakollisia energiatehokkuuden standardeja.
Yhä tiukempia vaatimuksia
Aktiivitilan minimihyötysuhteen ja valmiustilan maksimikulutuksen tavoitteet eroavat hieman alueittain eri puolilla maailmaa. Useimmilla kehittyneillä mailla on kuitenkin käytössä selkeät kriteerit laitteiden energiamerkinnöille, ja kaikkialla kehitys vie kohti yhä tiukempia suorituskykyvaatimuksia, kun uusia määräysversioita julkaistaan. Tämä voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Yleisimmin se tehdään nostamalla vaatimuksia aktiivitilan minimihyötysuhteelle, joka yleensä lasketaan hyötysuhdemittausten keskiarvona 25, 50, 75 ja 100 prosentin kuormitustehoilla. Tämän lisäksi rajoitetaan usein myös valmiustilan enimmäiskulutusta.
Muita keinoja määräysten tiukentamiseen ovat esimerkiksi vaatimukset ylimääräisistä hyötysuhdemittauksista määrätyissä kuormapisteissä laitteen koko kuormitusalueella. Niiden avulla voidaan saada tarkempi käsitys laitteen todellisesta suorituskyvystä reaalimaailman olosuhteissa ja samalla estää EPS-valmistajia optimoimasta tuotteitaan pelkästään läpäisemään laboratoriotestit. Lainsäätäjät voivat myös laventaa määräysten soveltamisaluetta kattamaan teholähteiden käyttöä entistä laajemmin eri käyttötarkoituksissa.
EPS-valmistajia koskevien Euroopan komission CoC-sääntöjen (Code of Conduct) kehitys on tässä tärkeässä asemassa. CoC-säännöstön valmistelusta vastaava komission JRC-tutkimuskeskus (Joint Research Center) on laskenut, että sen toimenpiteet voivat säästää vuosittain jopa 5 terawattituntia valmiustilassa normaalisti hukattavasta energiasta ja saman verran myös aktiivitilassa haaskatusta energiasta. Tarkastelemalla ulkoisten teholähteiden energiatehokkuutta koskevien standardien historiaa (kuva 1) havaitaan, että eurooppalaiset määräykset pyrkivät ylittämään DOE:n asettamat säännöt. Kun DOE julkaisi tason VI spesifikaationsa, EU esitteli vapaaehtoisesti noudatettaviksi Tier 1 -tason CoC-säännöt, jotka olivat vastaavantyyppiset, mutta tavoitteiltaan hieman vaativammat.
Vastaavasti, kun DOE:n tason VI -spesifikaatiot tulivat pakollisiksi helmikuussa 2016, EU nokitti jälleen korottamalla vaatimustasoa uudella CoC Tier 2 -tason säännöstöllään. Niissä esiteltiin uusi vaatimustavoite hyötysuhteelle 10% kuormituksella laitteen täydestä tehosta. Onko tämä valtiotasolta tuettua yksipuolisuutta? Ehkä, mutta lopullinen hyöty on se, että käytössä olevat laitteet haaskaavat huomattavasti aiempaa vähemmän energiaa, vaikka laitteisiin on jatkuvasti kyetty lisäämään yhä enemmän uusia toimintoja käyttökokemuksen parantamiseksi.
Kuva 1. Viranomaiset ovat hyväksyneet kaikkialla maailmassa EPS-laitteille selkeät standardit ja energiamerkintätavat sekä esittäneet yhä tiukempia vaatimuksia aina, kun uusia määräysversioita on julkaistu. Klikkaa kuvaa nähdäksesi sen suurempana.
EU voisi jo suunnitella myös uusia rajoituksia, jotka ovat vieläkin tiukempia kuin CoC Tier 2 -säännöstössä. Tanskalaisen konsulttiyhtiön Viegand Maagøn Euroopan komissiolle laatiman raportin (Review Study on Commission Regulation EC NO. 27872009 External Power Supplies) mukaan entistä tiukempien ja laajempien toimenpiteiden yhteisvaikutuksena voitaisiin vuositasolla säästää vielä 3 terawattituntia lisää hukkaan menevää energiaa vuoteen 2025 mennessä.
CoC-määräysten kokonaisuutta ohjataan harkituin periaattein. Koska määräykset esitetään valmistajille vapaaehtoisesti noudatettavina, on järkevää asettaa suorituskyvylle korkeammat vaatimukset kuin olisi mahdollista pakolliselta pohjalta. Tämän uskotaan kannustavan alan johtavia valmistajia nopeuttamaan oman teknologiansa kehitystyötä ja saamaan omat tuotteensa helpommin erottumaan kilpailijoista sekä vahvistamaan omaa mainettaan markkinoilla.
Laitteiden loppukäyttäjät ja ympäristö puolestaan hyötyvät entistä vähäisemmistä käyttökuluista ja alhaisemmista kasvihuonekaasujen päästöistä. CUI on sitoutunut kehittämään tehonmuunnostuotteita, joihin kuuluvat myös ulkoiset EPS-teholähteet. Yhtiö on onnistunut esittelemään laajan valikoiman erikokoisia tuotteita, jotka kattavat laajan tehoalueen ja täyttävät sekä CoC Tier 1 että Tier 2 -tason spesifikaatiot.
Kehitys jatkuu
EU on ilmaissut selvästi aikomuksensa pakollistaa nämä vapaaehtoiset säännöt sen jälkeen, kun ne on vahvistettu ja niihin tarvittavat tekniikat on osoitettu toimiviksi. Vaikka molempien näistä säännöstöistä olisi pitänyt tulla pakollisiksi jo nyt – Tier 1 -sääntöjen viime vuonna ja Tier 2 -sääntöjen tämän vuoden alussa – kumpikaan näistä virstanpylväistä ei ole vielä toteutunut. Tällä hetkellä kummatkin ovat edelleen vapaaehtoisia ja odottavat siirtymistä osaksi lainsäädäntöä. Mitä tämä sitten tarkoittaa teollisuuden ja koko maailman kannalta?
Ainakaan CUI:n kohdalla mikään yhtiön toimintatavoissa ei ole tämän vuoksi muuttunut, eikä se ole vaikuttanut vahvaan sitoutumiseen tuotteiden energiatehokkuuden jatkuvaan parantamiseen. Pyrimme noudattamaan uusimpia CoC-spesifikaatioita jo niiden ollessa vapaaehtoisia, joten olemme varautuneet niiden siirtymiseen osaksi lainsäädäntöä, milloin ikinä se tapahtuukin.
Lainsäädännön viivästymisen täsmällistä syytä ei ehkä tiedetä, mutta voidaan olla varmoja, että CoC Tier 1 -tason säännöt ja mahdollisesti myös Tier 2 -rajoitukset saavat lainvoiman jossain vaiheessa lähitulevaisuutta. EPS-valmistajilla ei siksi ole varaa tässä tilanteessa ottaa löysästi tai olettaa, että viranomaiset olisivat hidastamassa sääntelyn etenemistä. Kunkin uuden säännöstön teknisiin haasteisiin on vastattava välittömästi niiden julkaisun jälkeen.
OEM-valmistajat, jotka tarvitsevat erillisen teholähteen samaan pakettiin omien tuotteidensa kanssa, voivat säilyttää yhteensopivuuden voimassaoleviin määräyksiin maailman kaikilla markkina-alueilla valitsemalla kuhunkin tuotteeseen aina mukaan EPS-laitteen, joka täyttää uusimmat ja tiukimmat standardit kaikkialla maailmassa. Näin on mahdollista välttää lukuisten eri tuotekokoonpanojen hallinnan monimutkaisuus.
EU:n Tier 2 -tason määräykset saattavat lainsäädännön näkökulmasta jäädä hieman jälkeen suunnitellusta aikataulusta, mutta alueen teknisen kehityksen tahti ei osoita merkkejä hidastumisesta.
Kun verkkojen välisten yhdyskäytävien toteuttamisessa ollaan siirtymässä enenevässä määrin yhdessä tapahtuvaan reunalaskennan ja tekoälyn hyödyntämiseen, yksi järjestelmäkomponentti tahtoo jäädä turhan vähälle huomiolle: ihmisen ja koneen välisen rajapinnan toteuttava laite. Näin voi käydä esimerkiksi käytettäessä laitekehikkoja tai tietokonekoteloita järjestelmäarkkitehtuuriin kuuluvien edge-solmujen tekoälytoimintojen sijoituspaikkoina, kirjoittaa Advantech artikkelissaan.
Saksalaislähtöinen Ubitium on kehittänyt innovatiivisen prosessoriarkkitehtuurin, joka yhdistää eri suorittimien (CPU, GPU, DSP, FPGA) toiminnot yhteen siruun. Yrityksen mukaan tämä uusi RISC-V-arkkitehtuuriin perustuva ratkaisu mullistaa yli 50 vuotta vanhan suorittimien suunnittelun.
