Las aplicaciones de inteligencia artificial (IA) requieren una mayor potencia y un procesamiento más rápido, lo que está impulsando algunos cambios en el diseño de los IC de administración de energía (PMIC). Estos nuevos requisitos van desde un mayor soporte de corriente y una mejor eficiencia hasta una mejor gestión térmica y un tamaño de solución más pequeño.
Motor IC Los fabricantes están de acuerdo en que las capacidades de IA están impulsando nuevos requisitos, especialmente en cuanto a eficiencia, respuesta transitoria y tamaño de la solución. Estos requisitos afectan a todos los segmentos del mercado, ya sea para aplicaciones automotrices, industriales o de centros de datos.
“La rápida adopción de la IA de borde, es decir, dispositivos de punto final que integran capacidades de IA, crea la necesidad de PMIC que puedan alimentar esos dispositivos con alta eficiencia para extender la vida útil de la batería, tamaño de solución pequeño ya que la mayoría de las aplicaciones tienen capacidades transitorias de carga rápida y con limitaciones de tamaño, que no requiere capacitores adicionales en la aplicación, por lo que nuevamente, tamaño de solución reducido y huella de EMI baja, ya que las aplicaciones de punto final generalmente incluyen RF y posiblemente capacidades de video y audio que son sensibles al ruido ”, dijo James Lam, gerente senior de marketing de productos, Renesas Electronics Corp.
Para las aplicaciones automotrices, la necesidad de una mayor potencia y un procesamiento más rápido son dos elementos imprescindibles. "Las aplicaciones de IA requieren una potencia significativamente mayor y también requieren una respuesta muy rápida para entregar potencia en comparación con el procesamiento más convencional", dijo Tom Sandoval, vicepresidente senior de GM, segmento de negocio automotriz, Dialog. Semiconductores. "Particularmente para ADAS [sistemas avanzados de asistencia al conductor] e IA, las" velocidades de cuadro "son extremadamente altas, aquí es donde las instantáneas individuales de la situación capturada por la cámara requieren un procesamiento más rápido y mucho más".
Sandoval dijo que esto tiene dos efectos en la administración de energía. “Número uno, los núcleos individuales en el SoC que procesan estos datos aumentan en número para procesar en paralelo los datos aumentados ya una velocidad más rápida. Esto significa que los requisitos actuales generales para el SoC son mucho más altos. Número dos, los núcleos aumentaron la velocidad de procesamiento significa que la corriente y voltaje los bordes de transición son mucho más rápidos ”, dijo.
Los nuevos dispositivos multifase DA914X-A de Dialog están optimizados para este tipo de aplicación. “Tienen un mejor rendimiento transitorio, menores pérdidas, mejor eficiencia, disipación térmica optimizada y corrientes y voltajes de ondulación minimizados que los equivalentes monofásicos de la competencia”, dijo Sandoval.
Dialog diseñó la familia de productos DA914X-A de convertidores CC / CC reductores (reductores) de alta corriente, grado automotriz, para aplicaciones automotrices basadas en IA. Dirigida a los SoC de IA automotrices, la familia DA914X-A es una alternativa a las soluciones de energía que requieren una combinación de un controlador de energía y FET discretos. La nueva familia integra FET de potencia y toda la lógica de control necesaria en un dispositivo monolítico altamente integrado. Solo se requieren unos pocos componentes externos para la operación, lo que reduce los costos de la lista de materiales del sistema y las huellas de la solución por debajo de 170 mm2, según la empresa.
Sandoval dijo que muchos clientes usan un conjunto de componentes discretos, pero la familia DA914X puede satisfacer estas necesidades en un solo PMIC monolítico con una huella más pequeña, menor costo y mayor confiabilidad.
“En comparación con la competencia, el DA9141-A tiene costos de PCB más bajos y alturas generales de componentes más bajas para aplicaciones de bajo perfil; tiene más flexibilidad, ofreciendo la oportunidad de colocar de manera óptima los inductores y condensadores cerca del punto de carga, y tiene una disipación de potencia distribuida, lo que resulta en una distribución más uniforme del calor, fundamental para una gestión térmica eficiente ”, dijo.
Los dispositivos DA914X-A brindan niveles de corriente de hasta 40 amperios y se dice que son extremadamente eficientes en el consumo de energía, lo que reduce los desafíos de diseño térmico de alimentar SoC automotrices complejos con requisitos de corriente muy altos. Esto hace que la familia de productos sea adecuada para impulsar gráficos o procesadores integrados de inteligencia artificial utilizados en aplicaciones de visión y aprendizaje automático para vehículos autónomos.
La familia de productos DA914X-A para aplicaciones automotrices basadas en IA (Fuente: Dialog Semiconductores)
La familia DA914X-A actualmente consta de dos dispositivos: DA9141-A y DA9142-A. El DA9141-A funciona como un reductor de fase cuádruple de un solo canal convertidor, que entrega hasta 40 A de corriente de salida, mientras que el DA9142-A funciona como un convertidor reductor de fase dual de un solo canal, que entrega hasta 20 A de corriente de salida. Todos los dispositivos tienen un rango de voltaje de entrada de 2.8 V a 5.5 V y un rango de voltaje de salida de 0.3 V a 1.3 V, lo que los hace adecuados para una variedad de sistemas de baja potencia.
Las características clave de los productos DA914X-A incluyen operación multifásica para un mejor rendimiento transitorio, menores pérdidas, mejor eficiencia, disipación térmica optimizada y corriente de ondulación y voltajes minimizados en comparación con una arquitectura monofásica. También ofrece disipación de energía distribuida para una distribución más uniforme del calor y una gestión térmica eficiente. Otras características incluyen detección remota, arranque suave totalmente programable y GPIO configurables que incluyen soporte para I2C, DVC y el indicador Power Good.
La familia también ofrece control dinámico de voltaje que permite el ajuste adaptativo del voltaje de suministro en función de la carga, lo que aumenta la eficiencia cuando el circuito de aguas abajo entra en modo de baja potencia o inactivo, lo que resulta en ahorros de energía, dijo la compañía.
Los dispositivos DA914X-A están calificados AEC-Q100 Grado 1 y están disponibles en un
Paquete FC-BGA de 4.5 pines y 7.0 × 0.6 mm, paso de 60 mm. También se encuentran disponibles versiones de grado industrial / comercial.
Renesas Electronics también ofrece un nuevo PMIC altamente integrado para procesadores de IA, aunque dirigido a aplicaciones industriales. El PMIC de nueve canales RAA215300 complementa los microprocesadores (MPU) RZ / V2L y RZ / G2L de Renesas diseñados para aplicaciones habilitadas para IA.
Lam dijo que el nuevo PMIC RAA215300 es muy adecuado para aplicaciones de inteligencia artificial de vanguardia. “Proporciona hasta un 15% más de eficiencia que las soluciones de energía de la competencia y la respuesta transitoria de carga rápida es compatible con las aplicaciones RZ MPU y DRP-AI sin requerir capacitores de salida adicionales, y también proporciona las soluciones de energía DDR4 y DDR3L completas, incluido VDDQ, Soporta VTT, VREF y VPP, minimizando el recuento de componentes y el tamaño de la solución ”.
Además, las características de reducción de acoplamiento de ruido y EMI simplifican los diseños de subsistemas de RF, video y audio destinados a productos de inteligencia artificial de reconocimiento de voz e imágenes de alta calidad, dijo.
El RAA215300 combina seis reguladores reductores (que admiten 5 A, 3.5 A, 2 × 1.5 A, 1 A, 0.6 A), tres LDO (que admiten 2 × 300 mA, 50 mA), un reloj en tiempo real y una celda de botón / cargador supercap. Este nivel de alta integración reduce la complejidad del diseño y aumenta la confiabilidad del sistema con menos componentes en la placa. Admite memoria DDR4, DDR4L, DDR3 y DDR3L con rieles VREF, VTT y VPP dedicados. El PMIC también permite placas de circuito impreso (PCB) de cuatro capas, que reducen los costos.
El PMIC de nueve canales RAA215300 para aplicaciones de IA industrial (Fuente: Renesas Electronics)
El dispositivo se puede configurar con una EEPROM incorporada. El rango de temperatura de funcionamiento es de -40 ° C a 105 ° C para aplicaciones industriales. Otras características incluyen espectro extendido para reducir la EMI para aplicaciones de RF, modo ultrasónico para eliminar el acoplamiento de ruido audible en micrófonos o parlantes y un temporizador de vigilancia incorporado para un encendido seguro del sistema antes de que se ejecute cualquier software.
El RAA215300 se combina con RZ/G2L, RZ/V2L y varias otras ofertas de Renesas en una combinación ganadora para un sistema escalable SMARC (Smart Mobility ARChitecture).módulo (SoM) con diseño de IA. Además de Renesas MPU y PMIC, esta combinación ganadora incluye controladores de energía, un controlador USB PD y un dispositivo de reloj.
Los envíos de muestra del RAA215300 están disponibles ahora, y la producción en masa está programada para comenzar en el primer trimestre de 2022.
Los fabricantes de PMIC también están entregando nuevos circuitos integrados de energía para equipos de comunicaciones y redes, servidores y almacenamiento. Un ejemplo es un chipset de IA multifase de Máxima Integrated Products, Inc. Este chipset impulsa los aceleradores de hardware de IA que incluyen GPU, FPGA, ASIC y xPU para aumentar la eficiencia de la solución y reducir el tamaño de la solución, dijo Steven Chen, director de gestión empresarial de la unidad de negocio de nube y centro de datos de Maxim Integrated.
El voltaje de salida dual de los núcleos AI MAX16602 organismo regulador y el CI de etapa de potencia inteligente MAX20790 ofrecen alta eficiencia y un tamaño total de solución pequeño para sistemas de IA de alta potencia. El conjunto de chips aprovecha la característica actual de cancelación de ondas del sistema acoplado patentado de Maxim. Inductor, afirmando una mejora en la eficiencia del uno por ciento en comparación con las soluciones de la competencia, lo que se traduce en una eficiencia superior al 95 por ciento a un voltaje de salida de 1.8 V y condiciones de carga de 200 A.
"Hay una sed insaciable por la informática", dijo Chen. “Los circuitos integrados de administración de energía deben lograr una alta eficiencia y admitir alta corriente con un bus de administración de energía de alta velocidad. Los nuevos PMIC deben habilitar la solución de inteligencia artificial de un cliente al comprender el punto óptimo de los requisitos de potencia y características ".
Chen dijo que hay varios requisitos nuevos para los PMIC, que se destacan por la necesidad de un soporte de alta corriente (> 500 A) con alta eficiencia, respuesta transitoria mejorada y baja corriente de reposo. Otros requisitos incluyen telemetría a través de PMBus, funciones de protección, tamaño de la solución para adaptarse al factor de forma, refrigeración y suministro de energía para optimizar el rendimiento.
El nuevo chipset impacta en todos estos puntos. La solución es escalable de 2 a 16 fases para diferentes requisitos de corriente de salida (la corriente de diseño térmico suele ser de 60 A a 800 A o más), y el inductor acoplado de perfil bajo (<4 mm) se puede personalizar para admitir múltiples factores de forma, como interconexión de componentes periféricos express (PCIe) y módulos aceleradores de OCP (OAM).
Se dice que los sistemas de IA implementados con los chipsets multifásicos MAX16602 y MAX20790 generan menos calor en comparación con las soluciones de la competencia. Gracias al inductor acoplado de Maxim la tecnología y circuitos integrados monolíticos integrados de etapa de potencia de enfriamiento de doble lado, la pérdida de energía se reduce como resultado de una frecuencia de conmutación un 50 por ciento menor.
Placa MAX16602CL8EVKIT (Fuente: Maxim Integrated)
Maxim Integrated también señaló que el enfoque integrado monolítico "prácticamente elimina la resistencia parásita y la inductancia entre los FET y los controladores" para lograr una alta eficiencia.
El MAX16602 con inductores acoplados y circuitos integrados inteligentes de etapa de potencia implementan reguladores centrales de alta eficiencia con respuesta transitoria mejorada y baja corriente de reposo, y la arquitectura ayuda a reducir el recuento de componentes y permite la telemetría y administración de energía avanzada y aumenta el ahorro de energía en todo el rango de carga. Los parámetros del regulador para protección y apagado se pueden configurar y monitorear a través de la interfaz serial usando el protocolo PMBus.
Los dispositivos MAX16602 y MAX20790 están disponibles en el sitio web de Maxim Integrated (incluidas las muestras) y sus distribuidores autorizados.
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