Aplikasi kecerdasan buatan (AI) membutuhkan daya yang lebih tinggi dan pemrosesan yang lebih cepat, yang mendorong beberapa perubahan dalam desain IC manajemen daya (PMIC). Persyaratan baru ini berkisar dari dukungan arus yang lebih tinggi dan efisiensi yang lebih baik hingga manajemen termal yang lebih baik dan ukuran solusi yang lebih kecil.
Daya IC pembuat setuju bahwa kemampuan AI mendorong persyaratan baru terutama untuk efisiensi, respons sementara, dan ukuran solusi. Persyaratan ini berdampak pada semua segmen pasar, baik untuk aplikasi otomotif, industri, atau pusat data.
“Adopsi cepat dari edge AI, yaitu perangkat titik akhir yang mengintegrasikan kemampuan AI, menciptakan kebutuhan akan PMIC yang dapat memberi daya pada perangkat tersebut dengan efisiensi tinggi untuk memperpanjang masa pakai baterai, ukuran solusi kecil karena sebagian besar aplikasi dibatasi ukuran, kemampuan transien beban cepat, yang tidak memerlukan kapasitor tambahan dalam aplikasi – jadi sekali lagi, ukuran solusi yang lebih kecil, dan jejak EMI yang rendah karena aplikasi titik akhir biasanya menyertakan RF dan mungkin, kemampuan video dan audio yang peka terhadap kebisingan,” kata James Lam, manajer pemasaran produk senior, Renesas Electronics Corp.
Untuk aplikasi otomotif, kebutuhan akan daya yang lebih tinggi dan pemrosesan yang lebih cepat adalah dua kunci yang harus dimiliki. “Aplikasi AI membutuhkan daya yang jauh lebih tinggi dan juga memerlukan respons yang sangat cepat untuk menyalurkan daya dibandingkan dengan pemrosesan yang lebih konvensional,” kata Tom Sandoval, wakil presiden senior, GM, Segmen Bisnis Otomotif, Dialog Semikonduktor. “Khususnya untuk ADAS [advanced driver assistance systems] dan AI, “frame rate” sangat tinggi, di sinilah snapshot individu dari situasi yang ditangkap oleh kamera memerlukan pemrosesan yang lebih cepat dan lebih banyak lagi.”
Sandoval mengatakan ini memiliki dua efek pada manajemen daya. “Nomor satu, inti individu dalam SoC yang memproses data ini bertambah jumlahnya untuk memproses secara paralel peningkatan data dan dengan kecepatan yang lebih cepat. Ini berarti persyaratan keseluruhan saat ini untuk SoC jauh lebih tinggi. Nomor dua, inti meningkatkan kecepatan pemrosesan berarti arus dan tegangan tepi transisi jauh lebih cepat, ”katanya.
Perangkat multi-fase DA914X-A baru Dialog dioptimalkan untuk jenis aplikasi ini. “Mereka memiliki kinerja transien yang lebih baik, kerugian yang lebih rendah, efisiensi yang lebih baik, disipasi termal yang dioptimalkan, dan arus dan tegangan riak yang diminimalkan daripada yang setara dengan fase tunggal kompetisi,” kata Sandoval.
Dialog merancang rangkaian produk DA914X-A dari konverter DC/DC (buck) arus tinggi, kelas otomotif, step-down untuk aplikasi otomotif berbasis AI. Menargetkan SoC AI otomotif, keluarga DA914X-A adalah alternatif solusi daya yang memerlukan kombinasi pengontrol daya dan FET diskrit. Keluarga baru mengintegrasikan FET daya dan semua logika kontrol yang diperlukan ke dalam perangkat monolitik yang sangat terintegrasi. Hanya beberapa komponen eksternal yang diperlukan untuk pengoperasian, yang menurunkan biaya tagihan bahan sistem dan jejak solusi di bawah 170 mm2, menurut perusahaan.
Sandoval mengatakan banyak pelanggan menggunakan satu set komponen terpisah tetapi keluarga DA914X dapat memenuhi kebutuhan ini dalam satu PMIC monolitik dengan footprint yang lebih kecil, biaya lebih rendah, dan keandalan yang lebih tinggi.
“Jika dibandingkan dengan kompetisi, DA9141-A memiliki biaya PCB yang lebih rendah dan tinggi komponen keseluruhan yang lebih rendah untuk aplikasi profil rendah; memiliki lebih banyak fleksibilitas, menawarkan kesempatan untuk menempatkan Induktor dan kapasitor secara optimal di dekat titik beban, dan memiliki disipasi daya yang terdistribusi, menghasilkan distribusi panas yang lebih merata – penting untuk manajemen termal yang efisien,” katanya.
Perangkat DA914X-A menghasilkan level arus hingga 40 amp, dan dikatakan sangat hemat daya, mengurangi tantangan desain termal untuk memberi daya pada SoC otomotif yang kompleks dengan persyaratan arus yang sangat tinggi. Hal ini membuat keluarga produk sangat cocok untuk mendukung grafis atau prosesor tertanam AI yang digunakan dalam pembelajaran mesin dan aplikasi visi untuk kendaraan otonom.
Rangkaian produk DA914X-A untuk aplikasi otomotif berbasis AI (Sumber: Dialog Semikonduktor)
Keluarga DA914X-A saat ini terdiri dari dua perangkat: DA9141-A dan DA9142-A. DA9141-A beroperasi sebagai buck empat fase saluran tunggal Converter, menghantarkan arus keluaran hingga 40-A, sedangkan DA9142-A beroperasi sebagai konverter buck dua-fasa saluran tunggal, menghasilkan arus keluaran hingga 20-A. Semua perangkat memiliki rentang tegangan input 2.8 V hingga 5.5 V dan rentang tegangan output 0.3 V hingga 1.3 V, sehingga cocok untuk berbagai sistem daya rendah.
Fitur utama dari produk DA914X-A termasuk operasi multi-fase untuk kinerja transien yang lebih baik, kerugian yang lebih rendah, efisiensi yang lebih baik, disipasi termal yang dioptimalkan, dan arus dan tegangan riak yang diminimalkan jika dibandingkan dengan arsitektur fase tunggal. Ini juga menawarkan disipasi daya terdistribusi untuk distribusi panas yang lebih merata dan manajemen termal yang efisien. Fitur lain termasuk penginderaan jauh, soft start yang dapat diprogram sepenuhnya, dan GPIO yang dapat dikonfigurasi yang mencakup dukungan untuk indikator I2C, DVC, dan Power Good.
Keluarga ini juga menawarkan kontrol tegangan dinamis yang memungkinkan penyesuaian adaptif dari tegangan suplai tergantung pada beban, yang meningkatkan efisiensi ketika sirkuit hilir memasuki mode daya rendah atau idle, menghasilkan penghematan daya, kata perusahaan.
Perangkat DA914X-A memenuhi syarat AEC-Q100 Grade 1 dan tersedia dalam
4.5 × 7.0 mm, paket FC-BGA 0.6-pin pitch 60 mm. Versi kelas industri/komersial juga tersedia.
Renesas Electronics juga menawarkan PMIC baru yang sangat terintegrasi untuk prosesor AI, meskipun ditujukan untuk aplikasi industri. PMIC sembilan saluran RAA215300 melengkapi mikroprosesor (MPU) RZ/V2L dan RZ/G2L Renesas yang dirancang untuk aplikasi yang mendukung AI.
Lam mengatakan RAA215300 PMIC baru sangat cocok untuk aplikasi edge AI. “Ini memberikan efisiensi hingga 15% lebih tinggi daripada solusi daya pesaing dan respons transien beban cepat mendukung aplikasi RZ MPU dan DRP-AI tanpa memerlukan kapasitor output tambahan, dan juga menyediakan solusi daya DDR4 dan DDR3L lengkap termasuk VDDQ, Dukungan VTT, VREF, dan VPP, meminimalkan jumlah komponen dan ukuran solusi.”
Selain itu, EMI dan fitur pengurangan noise coupling menyederhanakan desain sub-sistem RF, video, dan audio yang ditargetkan untuk produk AI pengenalan gambar dan suara berkualitas tinggi, katanya.
RAA215300 menggabungkan enam regulator uang (mendukung 5 A, 3.5 A, 2 × 1.5 A, 1 A , 0.6 A), tiga LDO (mendukung 2 × 300 mA, 50 mA), jam waktu nyata, dan sel koin/ pengisi daya supercap. Tingkat integrasi tinggi ini mengurangi kerumitan desain dan meningkatkan keandalan sistem dengan komponen yang lebih sedikit di papan. Ini mendukung memori DDR4, DDR4L, DDR3 dan DDR3L dengan rel VREF, VTT, dan VPP khusus. PMIC juga memungkinkan papan sirkuit cetak empat lapis (PCB), yang mengurangi biaya.
PMIC sembilan saluran RAA215300 untuk aplikasi AI industri (Sumber: Renesas Electronics)
Perangkat dapat dikonfigurasi dengan EEPROM built-in. Kisaran suhu pengoperasian adalah -40 ° C hingga 105 ° C untuk aplikasi industri. Fitur lain termasuk spread spectrum untuk mengurangi EMI untuk aplikasi RF, mode ultrasonik untuk menghilangkan sambungan suara yang dapat didengar ke mikrofon atau speaker, dan watchdog timer built-in untuk mengamankan daya sistem sebelum perangkat lunak apa pun berjalan.
RAA215300 berpasangan dengan RZ/G2L, RZ/V2L dan beberapa penawaran Renesas lainnya dalam Kombinasi Unggulan untuk sistem-on-sistem SMARC (Smart Mobility ARChitecture) yang Dapat Diskalakanmodul (SoM) dengan desain AI. Selain Renesas MPU dan PMIC, Kombinasi Unggulan ini mencakup pengontrol daya, pengontrol USB PD, dan perangkat jam.
Pengiriman sampel RAA215300 tersedia sekarang, dan produksi massal dijadwalkan akan dimulai pada kuartal pertama tahun 2022.
Pembuat PMIC juga memberikan IC daya baru untuk peralatan komunikasi dan jaringan, server, dan penyimpanan. Salah satu contohnya adalah chipset AI multi-fase dari pepatah Integrated Products, Inc. Chipset ini mendukung akselerator perangkat keras AI termasuk GPU, FPGA, ASIC, dan xPU untuk meningkatkan efisiensi solusi dan mengurangi ukuran solusi, kata Steven Chen, direktur manajemen bisnis untuk Unit Bisnis Cloud dan Pusat Data di Maxim Integrated.
Tegangan output ganda inti AI MAX16602 pengatur dan IC tahap daya pintar MAX20790 menghadirkan efisiensi tinggi dan ukuran solusi total yang kecil untuk sistem AI berdaya tinggi. Chipset ini memanfaatkan fitur pembatalan riak saat ini dari gabungan yang dipatenkan Maxim Induktor, mengklaim peningkatan efisiensi satu persen dibandingkan dengan solusi kompetitif, yang berarti efisiensi lebih dari 95 persen pada tegangan output 1.8-V dan kondisi beban 200-A.
“Ada kehausan yang tak terpuaskan untuk komputasi,” kata Chen. “IC manajemen daya perlu mencapai efisiensi tinggi dan mendukung arus tinggi dengan bus manajemen daya berkecepatan tinggi. PMIC baru perlu mengaktifkan solusi AI pelanggan dengan memahami sweet spot persyaratan daya dan fitur.”
Chen mengatakan ada beberapa persyaratan baru untuk PMIC, yang memimpin dengan kebutuhan akan dukungan arus tinggi (>500 A) dengan efisiensi tinggi, respons transien yang ditingkatkan, dan arus diam yang rendah. Persyaratan lainnya termasuk telemetri melalui PMBus, fitur perlindungan, ukuran solusi agar sesuai dengan faktor bentuk, pendinginan, dan pengiriman daya untuk mengoptimalkan kinerja.
Chipset baru menyentuh semua poin ini. Solusinya dapat diskalakan dari 2 hingga 16 fase untuk kebutuhan arus keluaran yang berbeda (arus desain termal biasanya 60 A hingga 800 A atau lebih), dan induktor yang digabungkan dengan profil rendah (<4 mm) dapat disesuaikan untuk mendukung berbagai faktor bentuk seperti komponen periferal interkoneksi ekspres (PCIe) dan modul akselerator OCP (OAM).
Sistem AI yang diimplementasikan dengan chipset multi-fase MAX16602 dan MAX20790 dikatakan menghasilkan lebih sedikit panas dibandingkan dengan solusi kompetitif. Berkat induktor gabungan Maxim teknologi dan IC tahap daya pendingin dua sisi terintegrasi monolitik, kehilangan daya berkurang karena frekuensi peralihan 50 persen lebih rendah.
Papan MAX16602CL8EVKIT (Sumber: Maxim Integrated)
Maxim Integrated juga mencatat bahwa pendekatan terintegrasi monolitik "secara praktis menghilangkan resistensi parasit dan induktansi antara FET dan driver" untuk mencapai efisiensi tinggi.
MAX16602 dengan induktor yang digabungkan dan IC tahap daya cerdas menerapkan regulator inti efisiensi tinggi dengan respons transien yang ditingkatkan dan arus diam yang rendah dan arsitekturnya membantu mengurangi jumlah komponen dan memungkinkan manajemen daya dan telemetri tingkat lanjut serta meningkatkan penghematan energi pada rentang beban penuh. Parameter regulator untuk proteksi dan shutdown dapat diatur dan dipantau melalui antarmuka serial menggunakan protokol PMBus.
Perangkat MAX16602 dan MAX20790 tersedia di situs web Maxim Integrated (termasuk sampel) dan distributor resminya.
tentang Dialog SemiconductorMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America