鐵路系統導入人工智慧（AI）已然成為趨勢，但當大家將AI運算模組加入工業電腦（IPC），整體系統的功率，竟可能超過300W；功耗之大，也為作為備用電源的不斷電系統（Uninterruptible Power Supply, UPS）電路設計帶來挑戰。該如何克服？ 本文帶你找到解方。
鐵路系統向來為人們仰賴的重要交通工具之一，近年節能減碳的趨勢，更讓全球各國皆持續推動鐵路系統的升級。國際能源署（IEA）在公開報告中明確指出，以2050年乘客及貨櫃載運量預期都將翻倍成長的前提下，對能源的需求會更大，二氧化碳的排放量及空氣汙染也會愈加嚴重，擴大對鐵路系統的依賴，則有機會能緩解這個成長趨勢。
當前許多產業，正積極尋求結合AI進行「智慧化」升級，盼藉由科技力實現統計、分析到預測，進而達到效率提升、降低碳排的目標；鐵路產業也與時俱進，結合AI以打造更安全、智慧且有效率的鐵路系統。Siemens Mobility AI研發團隊負責人Claus Bahlmann指出，隨著鐵路系統越趨複雜，在成本有限、能建置的基礎設施也有限，又得不影響到鐵路正常營運的情況下，AI就是鐵路邁向自動化的關鍵。
鐵路系統AI化益處多 市場潛力強
Claus談及將AI導入鐵路系統的好處，包括減少為維運等原因而停機的時間、提升應對不同尖峰時刻的調度彈性等，抑或搭配車內攝影機，讓旅客提前得知車內人流狀況，以便選擇上車。即便他坦言，鐵路系統要走到全自動仍有諸多挑戰，不過一旦具體實現，我們可望擁有更加靈活的運輸系統，更能提供民眾所需的服務，可靠度、舒適度等特性也將有所提升。
在人們持續期待運輸系統擁有更好的安全性、效率、成本、速度及可靠度等需求的帶動下，全球鐵路自動化的市場，未來幾年也被看好持續放大。據國際研究調查機構《The Business Research Company》今年出具的報告，全球鐵路自動化的市場規模預計今年將來到97.9億美元， 2027年上看130億美元，年複合成長率（CAGR）7.4%；觀察各區域，又以西歐市場最大，亞太地區次之。
IPC夠「穩」 搖身鐵路系統AI化好夥伴
AI化這個詞，聽起來很新潮，但要應用在攸關許多人人身安全的鐵路系統，邁向全面無人化等發展方向，比起潮，更要求「穩」；能符合大多數業者所期待的解決方案，是無論環境變化多劇烈，路途如何顛簸，都不會受到影響，且易於安裝使用的系統。綜合以上特點，主打生命週期長、穩定性佳，具備串接多種周邊裝置、連網、電源保護等多元功能的IPC，因而成為主流選項之一。
與一般商用電腦相比，IPC足以抵禦惡劣環境的穩定性為一大特點；特別是鐵路系統通常相對缺乏穩定的供電來源，IPC支援寬壓的設計，使其格外適合這類應用。如友通資訊（DFI）專為鐵路系統設計的RC300-CS，即為可在9到36V或77到137.5V的寬壓設計，整合寬溫、無風扇、防塵防水等特點所展現出的穩定性，也已獲得多項歐盟鐵路標準認證，包括電力設備認證EN50155、防火認證EN45545及震動和衝擊認證EN61373等。
DFI獨門高瓦數UPS 鐵路系統不怕供電不穩來襲
值得一提是，友通展現電源研發技術能量，讓RC300-CS領先業界內建高瓦數UPS，在斷電時仍可推動該系統持續運作至少5分鐘。這件事並不容易實現，原因在原有的IPC主板加上能加快AI視覺和機器學習圖形處理的Nvidia 圖像處理器（GPU）MXM 模組後，整體功耗大幅上升，會衍生出UPS的充電問題。
RC300-CS系統內的主板輸入電壓為12V，UPS則由滿電約可達12.6V的三串鋰電池組成電路。一般狀況下，UPS始終無法充飽電；如此一來，當發生斷電時，UPS雖「理論上」至少可供應12V，但還得扣除放電路徑的損失，導致最後能供給系統的電壓很可能過低。以RC300-CS 支援的MXM模組最高功耗來到115W，再加上主機板，整體系統功耗可能高達300W，一旦電壓不足，最終就可能令系統因功率不足而停機。
要讓UPS充飽電，加上升壓電路是普遍聯想到的作法之一，不過該作法除了會帶來額外功耗，並會有熱源產生，反而導致系統得承擔更大的風險，成本也相對較高。若不變動設計，業界其他類似的產品，大多會在總功率上予以限制，或是將MXM模組移除，以避免該狀況發生。不過，前述限制功率或移除MXM模組等作法，對系統部署和使用帶來諸多不便，影響使用者體驗。為此，友通的電源團隊運用特殊的架構設計，讓問題獲得解決，使RC-300-CS所採用的UPS，能不間斷守護列車行車安全，並維持住甚至進一步強化了成本競爭力。
模組化電路輔助 DFI產品品質有保障
友通除了透過研發提升產品穩定性，內部行之有年的「模組化線路」，迄今累積超過200種不同功能的模組線路，堪稱是另一把確保品質持續在業界居於領先地位的武器。
模組化線路是將過往的線路設計標準化，包括使用的IC及各種料件，皆提前定義清楚，研發人員僅需依據產品單位開出的功能及規格搜尋，即可找到對應的線路套入。白話一點說，這就像用「堆積木」的概念進行電路設計。以模組化線路搭配Auto- Bill of Material（BOM, 物料清單），除了有機會加快研發流程，如本來建BOM可能需數天，現在可能幾小時內就做完，同時模組經過數次反覆使用驗證及修正，並有專責團隊管控與更新模組版本，也有助產品進一步強化品質。尤其電源的設計，以傳統作法很可能需要反覆做測試板進行驗證，耗時耗力；以模組化的線路來做，即可降低驗證上的負擔。
AI加速走進生活 DFI目標扮演產業AI化最佳夥伴
著眼未來，Edge AI、智慧物聯網（AIoT）等新興科技，不只運用在鐵路系統，更已緊密與我們的生活結合；為驅動這些新技術追求高算力，勢必同時對系統常時工作的穩定性，散熱、功耗等特性，帶來更嚴峻的考驗。如何維持既有穩定性及品質，做到更小、更快、更多工，預期是IPC未來幾年的研發重點，友通也將以現有優勢為基礎，持續強化研發，並在生產端導入智慧工廠，優化成本及效率，目標未來成為產業AI化、智慧化的最佳夥伴。
- 重點回顧一次看：
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問題
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傳統UPS在12V系統無法充飽電，恐在電源中斷時致系統停機
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解決方法
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DFI以獨特架構改良RC300-CS的UPS電路，解決無法充飽電的問題
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結果
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斷電時仍可持續運作至少5分鐘，並維持住成本競爭優勢
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其他特色
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- 可擴充5G/LTE/4G網路功能模組
- 4組2.5吋固態硬碟（SSD）擴充槽
- 無風扇設計支援-25o~70o寬溫 (without MXM)
- 已通過電子設備EN50155、防火EN45545及震動和衝擊EN61373等歐盟鐵路標準認證
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友通資訊（DFI Inc.）成立於1981年，為全球高效能運算技術的領導廠商。憑藉在工業電腦領域耕耘多年的豐富經驗，友通致力於主機板及系統產品的創新設計與生產，為嵌入式解決方案提供嚴格版本控管及長生命週期的產品，專注工廠自動化、交通、醫療、博弈、國防等領域的深耕。友通於2017年底正式加入明基佳世達（Qisda）集團，透過研發技術、供應鏈管理及製造產能的整合，強化核心競爭力，同時藉由與集團內部豐富的資源互惠，友通提供更多元廣泛的嵌入式運算產品及先進的服務，包含LCD廠內整合、PCBA及系統組裝、測量試驗室，以及機箱的設計與製造。
