تتطلب تطبيقات الذكاء الاصطناعي (AI) طاقة أعلى ومعالجة أسرع ، مما يؤدي إلى بعض التغييرات في تصميم الدوائر المتكاملة لإدارة الطاقة (PMICs). تتراوح هذه المتطلبات الجديدة من الدعم الحالي الأعلى والكفاءة الأفضل إلى الإدارة الحرارية المحسّنة وحجم الحل الأصغر.
الطاقة IC يتفق صناع القرار على أن قدرات الذكاء الاصطناعي تقود متطلبات جديدة خاصةً من حيث الكفاءة والاستجابة العابرة وحجم الحل. تؤثر هذه المتطلبات على جميع قطاعات السوق ، سواء كانت لتطبيقات السيارات أو الصناعية أو مراكز البيانات.
"الاعتماد السريع للذكاء الاصطناعي الحافة ، أي أجهزة نقطة النهاية التي تدمج قدرات الذكاء الاصطناعي ، يخلق الحاجة إلى PMICs التي يمكنها تشغيل هذه الأجهزة بكفاءة عالية لإطالة عمر البطارية ، وحجم الحل الصغير نظرًا لأن معظم التطبيقات مقيدة بالحجم ، وقدرات تحميل سريعة ، التي لا تتطلب مكثفات إضافية في التطبيق - لذا مرة أخرى ، تقليل حجم الحل ، وانخفاض تأثير EMI نظرًا لأن تطبيقات نقطة النهاية تتضمن عادةً إمكانات الترددات اللاسلكية وربما الفيديو والصوت الحساسة للضوضاء ، قال جيمس لام ، مدير تسويق المنتجات الأول ، Renesas Electronics Corp.
بالنسبة لتطبيقات السيارات ، فإن الحاجة إلى طاقة أعلى ومعالجة أسرع هما عنصران أساسيان لا غنى عنهما. قال توم ساندوفال ، نائب الرئيس الأول ، المدير العام ، قسم أعمال السيارات ، Dialog: "تتطلب تطبيقات الذكاء الاصطناعي طاقة أعلى بكثير وتتطلب أيضًا استجابة سريعة جدًا لتوفير الطاقة مقارنة بالمعالجة التقليدية". أشباه الموصلات. "معدلات الإطارات" مرتفعة للغاية ، خاصة بالنسبة لـ ADAS [أنظمة مساعدة السائق المتقدمة] والذكاء الاصطناعي ، وهذا هو المكان الذي تتطلب اللقطات الفردية للموقف الذي تلتقطه الكاميرا معالجة أسرع وأكثر من ذلك بكثير. "
قال ساندوفال أن هذا له تأثيران على إدارة الطاقة. "رقم واحد ، أن النوى الفردية في SoC التي تعالج هذه البيانات تزداد في الأرقام لمعالجة البيانات المتزايدة بشكل متوازٍ وبسرعة أكبر. هذا يعني أن المتطلبات الحالية الإجمالية لشركة نفط الجنوب أعلى من ذلك بكثير. رقم اثنين ، زيادة سرعة النوى تعني التيار و الجهد االكهربى حواف الانتقال أسرع بكثير ، "قال.
تم تحسين أجهزة DA914X-A الجديدة متعددة المراحل من Dialog لهذا النوع من التطبيقات. قال ساندوفال: "لديهم أداء عابر أفضل ، وخسائر أقل ، وكفاءة أفضل ، وتبديد حراري محسّن ، وتقليل تيار التموج والجهد من مكافئات المرحلة الواحدة المنافسة".
قام Dialog بتصميم عائلة منتجات DA914X-A من محولات التيار المستمر العالي ، من فئة السيارات ، والمحولات DC / DC (باك) لتطبيقات السيارات القائمة على الذكاء الاصطناعي. تستهدف عائلة DA914X-A حلول الطاقة التي تتطلب مزيجًا من وحدة التحكم في الطاقة وأنظمة FET المنفصلة. تدمج العائلة الجديدة FETs الطاقة وجميع منطق التحكم المطلوب في جهاز متآلف للغاية. لا يلزم سوى عدد قليل من المكونات الخارجية للتشغيل ، مما يقلل من تكاليف فاتورة المواد للنظام ويقلل من آثار أقدام الحل إلى أقل من 170 مم2بحسب الشركة.
قال Sandoval إن العديد من العملاء يستخدمون مجموعة من المكونات المنفصلة ولكن يمكن لعائلة DA914X تلبية هذه الاحتياجات في PMIC واحد متآلف مع مساحة أصغر وتكلفة أقل وموثوقية أعلى.
"عند مقارنتها بالمنافسة ، تتميز DA9141-A بانخفاض تكاليف ثنائي الفينيل متعدد الكلور وانخفاض إجمالي ارتفاعات المكونات للتطبيقات منخفضة المستوى ؛ يتمتع بمزيد من المرونة ، مما يتيح الفرصة لوضع المحاثات والمكثفات على النحو الأمثل بالقرب من نقطة الحمل ، ولديه تبديد للطاقة الموزعة ، مما يؤدي إلى توزيع متساوٍ للحرارة - وهو أمر بالغ الأهمية للإدارة الحرارية الفعالة "، قال.
توفر أجهزة DA914X-A مستويات حالية تصل إلى 40 أمبير ، ويقال إنها فعالة للغاية في استهلاك الطاقة ، مما يقلل من تحديات التصميم الحراري المتمثلة في تشغيل SoCs المعقدة للسيارات بمتطلبات تيار عالية للغاية. هذا يجعل عائلة المنتج مناسبة تمامًا لتشغيل الرسومات أو المعالجات المدمجة AI المستخدمة في التعلم الآلي وتطبيقات الرؤية للمركبات المستقلة.
عائلة منتجات DA914X-A لتطبيقات السيارات القائمة على الذكاء الاصطناعي (المصدر: Dialog أشباه الموصلات)
تتكون عائلة DA914X-A حاليًا من جهازين: DA9141-A و DA9142-A. يعمل DA9141-A كقناة أحادية ورباعية الطور محول، يوفر ما يصل إلى 40-A من تيار الإخراج ، بينما يعمل DA9142-A كمحول باك أحادي القناة ثنائي الطور ، مما يوفر تيار إخراج يصل إلى 20 أمبير. تتمتع جميع الأجهزة بنطاق جهد دخل من 2.8 فولت إلى 5.5 فولت ونطاق جهد خرج من 0.3 فولت إلى 1.3 فولت ، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من أنظمة الطاقة المنخفضة.
تشمل الميزات الرئيسية لمنتجات DA914X-A التشغيل متعدد المراحل للحصول على أداء عابر أفضل ، وخسائر أقل ، وكفاءة أفضل ، وتبديد حراري مُحسَّن ، وتقليل تيار التموج والجهد عند مقارنته ببنية أحادية الطور. كما أنه يوفر تبديدًا موزعًا للطاقة من أجل توزيع متساوٍ للحرارة وإدارة حرارية فعالة. تشمل الميزات الأخرى الاستشعار عن بعد ، والبداية الناعمة القابلة للبرمجة بالكامل ، وكائنات GPI القابلة للتكوين التي تتضمن دعمًا لمؤشر I2C و DVC و Power Good.
توفر العائلة أيضًا تحكمًا ديناميكيًا في الجهد يمكّن الضبط التكيفي لجهد الإمداد الذي يعتمد على الحمل ، مما يزيد من الكفاءة عندما تدخل الدوائر النهائية في وضع الطاقة المنخفضة أو الخمول ، مما يؤدي إلى توفير الطاقة ، كما قالت الشركة.
تعد أجهزة DA914X-A مؤهلة لمعايير AEC-Q100 من الدرجة الأولى ومتوفرة بتنسيق
4.5 × 7.0 مم ، حزمة FC-BGA قطرها 0.6 مم. تتوفر أيضًا الإصدارات الصناعية / التجارية.
تقدم Renesas Electronics أيضًا PMIC جديدًا متكاملًا للغاية لمعالجات AI ، على الرغم من أنه يهدف إلى التطبيقات الصناعية. يكمل RAA215300 بتسع قنوات PMIC معالجات Renesas 'RZ / V2L و RZ / G2L المصممة للتطبيقات التي تدعم الذكاء الاصطناعي.
قال لام إن RAA215300 PMIC الجديد مناسب تمامًا لتطبيقات الذكاء الاصطناعي المتطورة. "إنه يوفر كفاءة أعلى بنسبة تصل إلى 15٪ من حلول الطاقة المنافسة ، كما أن الاستجابة السريعة للحمل العابر تدعم تطبيقات RZ MPU و DRP-AI دون الحاجة إلى مكثفات إخراج إضافية ، كما أنها توفر حلول طاقة DDR4 و DDR3L كاملة بما في ذلك VDDQ ، يدعم VTT و VREF و VPP ، مما يقلل من عدد المكونات وحجم الحل. "
بالإضافة إلى ذلك ، تعمل ميزات EMI وتقليل اقتران الضوضاء على تبسيط تصميمات النظام الفرعي RF والفيديو والصوت التي تستهدف منتجات AI عالية الجودة والتعرف على الصوت.
تجمع RAA215300 بين ستة منظمات باك (تدعم 5 أ ، 3.5 أ ، 2 × 1.5 أ ، 1 أ ، 0.6 أ) ، ثلاثة LDOs (تدعم 2 × 300 مللي أمبير ، 50 مللي أمبير) ، ساعة في الوقت الحقيقي ، وخلية عملة / شاحن سوبركاب. يقلل هذا المستوى من التكامل العالي من تعقيد التصميم ويزيد من موثوقية النظام بمكونات أقل على اللوحة. وهو يدعم ذاكرة DDR4 و DDR4L و DDR3 و DDR3L مع قضبان VREF و VTT و VPP مخصصة. يمكّن PMIC أيضًا لوحات الدوائر المطبوعة ذات الأربع طبقات (PCBs) ، مما يقلل التكاليف.
RAA215300 بتسع قنوات PMIC لتطبيقات الذكاء الاصطناعي الصناعية (المصدر: Renesas Electronics)
الجهاز قابل للتكوين باستخدام EEPROM مدمج. نطاق درجة حرارة التشغيل هو -40 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية للتطبيقات الصناعية. تشمل الميزات الأخرى انتشار الطيف لتقليل EMI لتطبيقات التردد اللاسلكي ، ووضع الموجات فوق الصوتية للتخلص من اقتران الضوضاء المسموعة في الميكروفونات أو مكبرات الصوت ، وجهاز توقيت مراقبة مدمج لتأمين طاقة النظام قبل تشغيل أي برنامج ..
يقترن RAA215300 مع RZ/G2L وRZ/V2L والعديد من عروض Renesas الأخرى في مجموعة فائزة لنظام SMARC (ARChitecture للتنقل الذكي) قابل للتطوير.وحدة (SoM) بتصميم الذكاء الاصطناعي. بالإضافة إلى Renesas MPU وPMIC، تشتمل هذه المجموعة الفائزة على وحدات تحكم في الطاقة ووحدة تحكم USB PD وجهاز ساعة.
تتوفر شحنات عينات RAA215300 الآن ، ومن المقرر أن يبدأ الإنتاج الضخم في الربع الأول من عام 2022.
يقدم صانعو PMIC أيضًا دوائر متكاملة جديدة للطاقة للاتصالات والشبكات والخوادم والتخزين. أحد الأمثلة على ذلك هو شرائح AI متعددة المراحل من حكمة شركة Integrated Products، Inc. تعمل مجموعة الشرائح هذه على تشغيل مسرعات أجهزة الذكاء الاصطناعي بما في ذلك وحدات معالجة الرسومات (GPU) و FPGAs و ASICs و xPUs لزيادة كفاءة الحلول وتقليل حجم الحل ، كما قال ستيفن تشين ، مدير إدارة الأعمال لوحدة أعمال مركز البيانات والسحابة في Maxim Integrated.
MAX16602 AI النوى الجهد المزدوج الناتج منظم ويوفر MAX20790 Smart power-stage IC كفاءة عالية وحجم حل إجمالي صغير لأنظمة الذكاء الاصطناعي عالية الطاقة. تستفيد مجموعة الشرائح من ميزة إلغاء التموج الحالية من تقنية مكسيم المقترنة الحاصلة على براءة اختراع مغو، بدعوى تحسن الكفاءة بنسبة واحد بالمائة مقارنة بالحلول التنافسية ، مما يترجم إلى كفاءة تزيد عن 95 بالمائة عند جهد خرج 1.8 فولت وظروف تحميل 200 أمبير.
قال تشين: "هناك تعطش لا يشبع للكمبيوتر". تحتاج الدوائر المتكاملة لإدارة الطاقة إلى تحقيق كفاءة عالية ودعم التيار العالي باستخدام ناقل إدارة طاقة عالي السرعة. تحتاج PMICs الجديدة إلى تمكين حل الذكاء الاصطناعي للعميل من خلال فهم النقطة المثالية لمتطلبات الطاقة والميزات ".
قال تشين إن هناك العديد من المتطلبات الجديدة لـ PMICs ، مما يؤدي إلى الحاجة إلى دعم تيار مرتفع (> 500 ألف) بكفاءة عالية ، واستجابة عابرة معززة ، وتيار هادئ منخفض. تشمل المتطلبات الأخرى القياس عن بعد من خلال PMBus ، وميزات الحماية ، وحجم الحل ليناسب عامل الشكل ، والتبريد ، وإيصال الطاقة لتحسين الأداء.
الرقاقة الجديدة تضرب كل هذه النقاط. الحل قابل للتطوير من 2 إلى 16 مرحلة لمتطلبات مختلفة للتيار الناتج (تيار التصميم الحراري عادة من 60 ألف إلى 800 ألف أو أكثر) ، والمحث المنخفض (<4 مم) قابل للتخصيص لدعم عوامل الشكل المتعددة مثل التوصيل البيني للمكونات الطرفية (PCIe) ووحدات تسريع OCP (OAM).
يقال إن أنظمة الذكاء الاصطناعي المطبقة مع شرائح MAX16602 وMAX20790 متعددة المراحل تولد حرارة أقل مقارنة بالحلول التنافسية. بفضل مغو مكسيم إلى جانب التكنلوجيا والدوائر المتكاملة المتجانسة ذات الجانب المزدوج لمرحلة طاقة التبريد، يتم تقليل فقدان الطاقة نتيجة لانخفاض تردد التحويل بنسبة 50 بالمائة.
لوحة MAX16602CL8EVKIT (المصدر: مكسيم المتكاملة)
أشار Maxim Integrated أيضًا إلى أن النهج المتكامل المترابط "يزيل عمليًا المقاومة الطفيلية والتحريض بين FETs والمحركات" لتحقيق الكفاءة العالية.
يطبق MAX16602 مع المحاثات المقترنة والدوائر المتكاملة الذكية بمرحلة الطاقة منظمات أساسية عالية الكفاءة مع استجابة عابرة محسّنة وتيار هادئ منخفض ، وتساعد البنية على تقليل عدد المكونات وتمكين إدارة الطاقة والقياس عن بُعد وزيادة توفير الطاقة على نطاق الحمل الكامل. يمكن ضبط معلمات المنظم للحماية والإغلاق ومراقبتها من خلال الواجهة التسلسلية باستخدام بروتوكول PMBus.
تتوفر أجهزة MAX16602 و MAX20790 على موقع Maxim Integrated على الويب (بما في ذلك العينات) وموزعيها المعتمدين.
حول Dialog SemiconductorMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America