Les applications d'intelligence artificielle (IA) nécessitent une puissance plus élevée et un traitement plus rapide, ce qui entraîne certains changements dans la conception des circuits intégrés de gestion de l'alimentation (PMIC). Ces nouvelles exigences vont d'une prise en charge de courant plus élevée et d'une meilleure efficacité à une gestion thermique améliorée et à une taille de solution plus petite.
Puissance IC Les décideurs s'accordent à dire que les capacités d'IA entraînent de nouvelles exigences, notamment en termes d'efficacité, de réponse transitoire et de taille de la solution. Ces exigences impactent tous les segments de marché, qu'il s'agisse d'applications automobiles, industrielles ou de datacenter.
« L'adoption rapide de l'IA de pointe, c'est-à-dire des appareils de point de terminaison qui intègrent des capacités d'IA, crée le besoin de PMIC pouvant alimenter ces appareils avec un rendement élevé pour prolonger la durée de vie de la batterie, une solution de petite taille car la plupart des applications sont de taille limitée, des capacités transitoires à charge rapide, qui ne nécessite pas de condensateurs supplémentaires dans l'application - donc encore une fois, une taille de solution réduite et une faible empreinte EMI, car les applications de point de terminaison incluent généralement des capacités RF et éventuellement des capacités vidéo et audio sensibles au bruit », a déclaré James Lam, directeur marketing produit senior, Renesas Electronics Corp.
Pour les applications automobiles, le besoin d'une puissance plus élevée et d'un traitement plus rapide sont deux éléments essentiels. « Les applications d'IA nécessitent une puissance nettement plus élevée et nécessitent également une réponse très rapide pour fournir de la puissance par rapport à un traitement plus conventionnel », a déclaré Tom Sandoval, vice-président senior, GM, segment d'activité automobile, Dialog Semi-conducteurs. "En particulier pour ADAS [advanced driver assistance systems] et AI, les" fréquences d'images " sont extrêmement élevées, c'est là que les instantanés individuels de la situation capturés par la caméra nécessitent un traitement plus rapide et beaucoup plus."
Sandoval a déclaré que cela a deux effets sur la gestion de l'alimentation. « Numéro un, les cœurs individuels du SoC traitant ces données augmentent en nombre pour traiter en parallèle les données accrues et à une vitesse plus rapide. Cela signifie que les exigences globales en matière de courant pour le SoC sont beaucoup plus élevées. Numéro deux, les cœurs ont augmenté la vitesse de traitement signifie que le courant et Tension les bords de transition sont beaucoup plus rapides », a-t-il déclaré.
Les nouveaux appareils multiphasés DA914X-A de Dialog sont optimisés pour ce type d'application. "Ils ont de meilleures performances transitoires, des pertes inférieures, une meilleure efficacité, une dissipation thermique optimisée et un courant et des tensions d'ondulation minimisés que les équivalents monophasés de la concurrence", a déclaré Sandoval.
Dialog a conçu la famille de produits DA914X-A de convertisseurs abaisseurs DC/DC (buck) haute intensité de qualité automobile pour les applications automobiles basées sur l'IA. Ciblant les SoC d'IA automobile, la famille DA914X-A est une alternative aux solutions d'alimentation qui nécessitent une combinaison d'un contrôleur d'alimentation et de FET discrets. La nouvelle famille intègre des FET de puissance et toute la logique de contrôle requise dans un dispositif monolithique hautement intégré. Seuls quelques composants externes sont nécessaires pour le fonctionnement, ce qui réduit les coûts de nomenclature du système et l'encombrement de la solution en dessous de 170 mm2, selon l'entreprise.
Sandoval a déclaré que de nombreux clients utilisent un ensemble de composants discrets, mais que la famille DA914X peut répondre à ces besoins dans un seul PMIC monolithique avec un encombrement réduit, un coût inférieur et une fiabilité plus élevée.
« Par rapport à la concurrence, le DA9141-A a des coûts de PCB inférieurs et des hauteurs globales de composants inférieures pour les applications à profil bas ; a plus de flexibilité, offrant la possibilité de placer de manière optimale les inductances et les condensateurs à proximité du point de charge, et a une dissipation de puissance répartie, résultant en une répartition plus uniforme de la chaleur - essentielle pour une gestion thermique efficace », a-t-il déclaré.
Les dispositifs DA914X-A fournissent des niveaux de courant jusqu'à 40 ampères et sont réputés être extrêmement économes en énergie, réduisant les défis de conception thermique liés à l'alimentation de SoC automobiles complexes avec des exigences de courant très élevées. Cela rend la famille de produits bien adaptée à l'alimentation de processeurs graphiques ou d'IA intégrés utilisés dans les applications d'apprentissage automatique et de vision pour les véhicules autonomes.
La famille de produits DA914X-A pour les applications automobiles basées sur l'IA (Source : Dialog Semi-conducteurs)
La famille DA914X-A se compose actuellement de deux appareils : le DA9141-A et le DA9142-A. Le DA9141-A fonctionne comme un abaisseur monocanal à quatre phases convertisseur, délivrant jusqu'à 40 A de courant de sortie, tandis que le DA9142-A fonctionne comme un convertisseur abaisseur monocanal biphasé, délivrant jusqu'à 20 A de courant de sortie. Tous les appareils ont une plage de tension d'entrée de 2.8 V à 5.5 V et une plage de tension de sortie de 0.3 V à 1.3 V, ce qui les rend adaptés à une variété de systèmes à faible puissance.
Les principales caractéristiques des produits DA914X-A incluent un fonctionnement multiphasé pour de meilleures performances transitoires, des pertes inférieures, une meilleure efficacité, une dissipation thermique optimisée et des courants et tensions d'ondulation minimisés par rapport à une architecture monophasée. Il offre également une dissipation de puissance distribuée pour une répartition plus uniforme de la chaleur et une gestion thermique efficace. Les autres fonctionnalités incluent la détection à distance, le démarrage progressif entièrement programmable et les GPIO configurables qui incluent la prise en charge des indicateurs I2C, DVC et Power Good.
La famille propose également un contrôle de tension dynamique qui permet un ajustement adaptatif de la tension d'alimentation en fonction de la charge, ce qui augmente l'efficacité lorsque les circuits en aval passent en mode basse consommation ou en mode veille, ce qui entraîne des économies d'énergie, a déclaré la société.
Les appareils DA914X-A sont qualifiés AEC-Q100 Grade 1 et sont disponibles dans un
Boîtier FC-BGA 4.5 broches 7.0 × 0.6 mm, pas 60 mm. Des versions de qualité industrielle/commerciale sont également disponibles.
Renesas Electronics propose également un nouveau PMIC hautement intégré pour les processeurs d'IA, bien que destiné aux applications industrielles. Le PMIC à neuf canaux RAA215300 complète les microprocesseurs (MPU) RZ/V2L et RZ/G2L de Renesas conçus pour les applications compatibles avec l'IA.
Lam a déclaré que le nouveau PMIC RAA215300 est bien adapté aux applications d'IA de pointe. « Il offre une efficacité jusqu'à 15 % supérieure à celle des solutions d'alimentation concurrentes et la réponse transitoire de charge rapide prend en charge les applications RZ MPU et DRP-AI sans nécessiter de condensateurs de sortie supplémentaires, et fournit également les solutions d'alimentation DDR4 et DDR3L complètes, y compris VDDQ, Prise en charge VTT, VREF et VPP, minimisant le nombre de composants et la taille de la solution.
En outre, les fonctionnalités de réduction du couplage EMI et du bruit simplifient les conceptions de sous-systèmes RF, vidéo et audio ciblées pour les produits d'IA de reconnaissance d'images et de voix de haute qualité, a-t-il déclaré.
Le RAA215300 combine six régulateurs buck (prenant en charge 5 A, 3.5 A, 2 × 1.5 A, 1 A , 0.6 A), trois LDO (prenant en charge 2 × 300 mA, 50 mA), une horloge en temps réel et une pile bouton/ chargeur supercap. Ce niveau d'intégration élevé réduit la complexité de conception et augmente la fiabilité du système avec moins de composants sur la carte. Il prend en charge la mémoire DDR4, DDR4L, DDR3 et DDR3L avec des rails VREF, VTT et VPP dédiés. Le PMIC permet également des cartes de circuits imprimés (PCB) à quatre couches, ce qui réduit les coûts.
Le PMIC à neuf canaux RAA215300 pour les applications d'IA industrielles (Source : Renesas Electronics)
L'appareil est configurable avec une EEPROM intégrée. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à 105°C pour les applications industrielles. Les autres fonctionnalités incluent un spectre étalé pour réduire les EMI pour les applications RF, le mode ultrasons pour éliminer le couplage du bruit audible dans les microphones ou les haut-parleurs, et une minuterie de surveillance intégrée pour une mise sous tension sécurisée du système avant l'exécution de tout logiciel.
Le RAA215300 s'associe aux RZ/G2L, RZ/V2L et à plusieurs autres offres Renesas dans une combinaison gagnante pour un système sur site SMARC (Smart Mobility ARchitecture) évolutif.module (SoM) avec conception IA. En plus du MPU et du PMIC Renesas, cette combinaison gagnante comprend des contrôleurs de puissance, un contrôleur USB PD et un périphérique d'horloge.
Des expéditions d'échantillons du RAA215300 sont disponibles dès maintenant et la production en série devrait commencer au premier trimestre 2022.
Les fabricants de PMIC fournissent également de nouveaux circuits intégrés d'alimentation pour les équipements de communication et de réseau, les serveurs et le stockage. Un exemple est un chipset AI multiphase de maximum Integrated Products, Inc. Ce chipset alimente les accélérateurs matériels d'IA, notamment les GPU, les FPGA, les ASIC et les xPU, pour augmenter l'efficacité de la solution et réduire la taille de la solution, a déclaré Steven Chen, directeur de la gestion commerciale de l'unité commerciale Cloud et Data Center chez Maxim Integrated.
Tension à double sortie des cœurs MAX16602 AI régulateur et le circuit intégré d'étage de puissance intelligent MAX20790 offrent un rendement élevé et une petite taille de solution totale pour les systèmes d'IA haute puissance. Le chipset exploite la fonction actuelle d'annulation d'ondulation du système couplé breveté de Maxim. Inducteur, revendiquant une amélioration de 95 % de l'efficacité par rapport aux solutions concurrentes, se traduisant par une efficacité supérieure à 1.8 % à une tension de sortie de 200 V et des conditions de charge de XNUMX A.
"Il y a une soif insatiable d'informatique", a déclaré Chen. « Les circuits intégrés de gestion de l'alimentation doivent atteindre un rendement élevé et prendre en charge un courant élevé avec un bus de gestion de l'alimentation à grande vitesse. Les nouveaux PMIC doivent activer la solution d'IA d'un client en comprenant le point idéal des exigences en matière de puissance et de fonctionnalités.
Chen a déclaré qu'il existe plusieurs nouvelles exigences pour les PMIC, entraînant le besoin d'une prise en charge de courant élevé (> 500 A) avec un rendement élevé, une réponse transitoire améliorée et un faible courant de repos. Les autres exigences incluent la télémétrie via PMBus, les fonctions de protection, la taille de la solution pour s'adapter au facteur de forme, le refroidissement et la fourniture d'énergie pour optimiser les performances.
Le nouveau chipset touche tous ces points. La solution est évolutive de 2 à 16 phases pour différentes exigences de courant de sortie (le courant de conception thermique est généralement de 60 A à 800 A ou plus), et l'inductance couplée à profil bas (<4 mm) est personnalisable pour prendre en charge plusieurs facteurs de forme tels que Modules d'interconnexion de composants périphériques express (PCIe) et OCP (OAM).
Les systèmes d'IA mis en œuvre avec les chipsets multiphasés MAX16602 et MAX20790 généreraient moins de chaleur que les solutions concurrentes. Grâce à l'inductance couplée de Maxim sans souci et des circuits intégrés monolithiques à étage de puissance de refroidissement double face intégrés, la perte de puissance est réduite grâce à une fréquence de commutation inférieure de 50 %.
Carte MAX16602CL8EVKIT (Source : Maxim Integrated)
Maxim Integrated a également noté que l'approche intégrée monolithique "élimine pratiquement la résistance et l'inductance parasites entre les FET et les pilotes" pour atteindre un rendement élevé.
Le MAX16602 avec les inductances couplées et les circuits intégrés d'étage de puissance intelligents implémente des régulateurs de base à haut rendement avec une réponse transitoire améliorée et un faible courant de repos. Les paramètres du régulateur pour la protection et l'arrêt peuvent être définis et surveillés via l'interface série à l'aide du protocole PMBus.
Les appareils MAX16602 et MAX20790 sont disponibles sur le site Web de Maxim Integrated (y compris des échantillons) et ses distributeurs agréés.
à propos de Dialog SemiconductorMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America