人工知能（AI）アプリケーションは、より高い電力とより高速な処理を必要とします。これにより、電力管理IC（PMIC）の設計にいくつかの変更が加えられています。 これらの新しい要件は、より高い電流サポートとより良い効率から、改善された熱管理とより小さなソリューションサイズにまで及びます。
出力 IC メーカーは、AI機能が、特に効率、過渡応答、ソリューションサイズに関する新しい要件を推進していることに同意しています。 これらの要件は、自動車、産業、またはデータセンターのアプリケーションを問わず、すべての市場セグメントに影響を与えます。
「エッジAI、つまりAI機能を統合するエンドポイントデバイスの急速な採用により、これらのデバイスに高効率で電力を供給してバッテリ寿命を延ばし、ほとんどのアプリケーションはサイズに制約があるためソリューションサイズが小さく、負荷過渡機能が高速であるPMICが必要になります。これは、アプリケーションに追加のコンデンサを必要としません。エンドポイントアプリケーションには通常RFが含まれ、場合によってはノイズに敏感なビデオおよびオーディオ機能が含まれるため、ソリューションサイズが小さくなり、EMIフットプリントが低くなります」とシニアプロダクトマーケティングマネージャーのJamesLamは述べています。ルネサスエレクトロニクス株式会社
自動車用途では、より高い出力とより高速な処理の必要性がXNUMXつの重要な必須事項です。 Dialogの自動車事業セグメントGM担当シニアバイスプレジデントであるTomSandovalは、次のように述べています。 半導体。 「特にADAS [先進運転支援システム]とAIの場合、「フレームレート」は非常に高く、カメラによってキャプチャされた状況の個々のスナップショットは、より高速な処理と非常に多くの処理を必要とします。」
Sandoval氏は、これは電力管理にXNUMXつの影響を与えると述べました。 「第XNUMXに、このデータを処理するSoCの個々のコアの数が増え、増加したデータをより高速に並列処理します。 これは、SoCの全体的な現在の要件がはるかに高いことを意味します。 第二に、コアの処理速度の向上は、現在の 電圧 トランジションエッジははるかに高速です」と彼は言いました。
Dialogの新しいDA914X-Aマルチフェーズデバイスは、このタイプのアプリケーション用に最適化されています。 「これらは、競合他社の単相同等品よりも優れた過渡性能、低損失、優れた効率、最適化された熱放散、および最小化されたリップル電流と電圧を備えています」とサンドバル氏は述べています。
Dialogは、AIベースの自動車アプリケーション向けの大電流の自動車グレードの降圧DC / DC（バック）コンバーターの製品ファミリーであるDA914Xを設計しました。 DA914X-Aファミリは、自動車用AI SoCを対象としており、パワーコントローラとディスクリートFETの組み合わせを必要とするパワーソリューションの代替品です。 新しいファミリは、パワーFETと必要なすべての制御ロジックを高度に統合されたモノリシックデバイスに統合します。 操作に必要な外付けコンポーネントはわずかであるため、システムの部品表コストとソリューションのフットプリントが170mm未満に削減されます。2、会社によると。
Sandoval氏によると、多くの顧客が一連のディスクリートコンポーネントを使用していますが、DA914Xファミリは、フットプリントが小さく、コストが低く、信頼性が高い単一のモノリシックPMICでこれらのニーズを満たすことができます。
「競合他社と比較すると、DA9141-Aは、薄型アプリケーション向けにPCBコストが低く、コンポーネント全体の高さが低くなっています。 柔軟性が高く、インダクタとコンデンサを負荷の近くに最適に配置する機会を提供し、電力損失が分散されているため、効率的な熱管理に不可欠な、より均一な熱分布が得られます。」と彼は言いました。
DA914X-Aデバイスは、最大40アンペアの電流レベルを提供し、非常に電力効率が高いと言われており、非常に高い電流要件を持つ複雑な自動車用SoCに電力を供給するという熱設計の課題を軽減します。 これにより、この製品ファミリは、自動運転車の機械学習およびビジョンアプリケーションで使用されるグラフィックスまたはAI組み込みプロセッサに電力を供給するのに最適です。
AI ベースの車載アプリケーション向けの DA914X-A 製品ファミリー (出典: Dialog 半導体)
DA914X-Aファミリは現在、DA9141-AとDA9142-Aの9141つのデバイスで構成されています。 DAXNUMX-Aは、シングルチャネルのクアッドフェーズバックとして動作します コンバータ、最大40 Aの出力電流を供給し、DA9142-Aはシングルチャネルのデュアルフェーズバックコンバータとして動作し、最大20Aの出力電流を供給します。 すべてのデバイスの入力電圧範囲は2.8V〜5.5 V、出力電圧範囲は0.3 V〜1.3 Vであるため、さまざまな低電力システムに適しています。
DA914X-A製品の主な機能には、単相アーキテクチャと比較して、過渡性能の向上、損失の低減、効率の向上、熱放散の最適化、リップル電流と電圧の最小化のための多相動作が含まれます。 また、熱のより均一な分散と効率的な熱管理のための分散電力損失も提供します。 その他の機能には、リモートセンシング、完全にプログラム可能なソフトスタート、およびI2C、DVC、およびPowerGoodインジケーターのサポートを含む構成可能なGPIOが含まれます。
このファミリは、負荷に応じて供給電圧を適応的に調整できる動的電圧制御も提供します。これにより、ダウンストリーム回路が低電力モードまたはアイドルモードに入るときの効率が向上し、電力を節約できます。
DA914X-AデバイスはAEC-Q100グレード1認定済みであり、
4.5×7.0mm、0.6mmピッチ60ピンFC-BGAパッケージ。 工業用/商用グレードのバージョンもご利用いただけます。
ルネサスエレクトロニクスは、産業用アプリケーションを対象としていますが、AIプロセッサ向けの新しい高度に統合されたPMICも提供しています。 RAA215300 2チャネルPMICは、AI対応アプリケーション向けに設計されたルネサスのRZ / V2LおよびRZ / GXNUMXLマイクロプロセッサ（MPU）を補完します。
ラム氏によると、新しいRAA215300 PMICは、エッジAIアプリケーションに最適です。 「競合他社の電源ソリューションよりも最大15％高い効率を提供し、高速負荷過渡応答は、追加の出力コンデンサを必要とせずにRZ MPUおよびDRP-AIアプリケーションをサポートし、VDDQを含む完全なDDR4およびDDR3L電源ソリューションも提供します。 VTT、VREF、VPPをサポートし、コンポーネント数とソリューションサイズを最小限に抑えます。」
さらに、EMIおよびノイズ結合低減機能により、高品質の画像および音声認識AI製品を対象としたRF、ビデオ、およびオーディオのサブシステム設計が簡素化されると同氏は述べています。
RAA215300は、5つのバックレギュレーター（3.5 A、2 A、1.5×1 A、0.6 A、2 Aをサポート）、300つのLDO（50×4 mA、4 mAをサポート）、リアルタイムクロック、およびコインセルを組み合わせたものです。スーパーキャップ充電器。 このレベルの高度な統合により、設計の複雑さが軽減され、ボード上のコンポーネントが少なくなり、システムの信頼性が向上します。 専用のVREF、VTT、およびVPPレールを備えたDDR3、DDR3L、DDRXNUMX、およびDDRXNUMXLメモリをサポートします。 PMICは、XNUMX層プリント回路基板（PCB）も可能にし、コストを削減します。
産業用AIアプリケーション向けのRAA215300チャネルPMIC（出典：ルネサスエレクトロニクス）
デバイスは内蔵EEPROMで構成可能です。 産業用アプリケーションの動作温度範囲は-40°C〜105°Cです。 その他の機能には、RFアプリケーションのEMIを低減するスペクトラム拡散、マイクまたはスピーカーへの可聴ノイズ結合を排除する超音波モード、ソフトウェアが実行される前に安全にシステムの電源を入れるための組み込みのウォッチドッグタイマーが含まれます。
RAA215300 は、RZ/G2L、RZ/V2L、および他のいくつかのルネサス製品と組み合わせて、スケーラブルな SMARC (スマート モビリティ アーキテクチャ) システムオンを実現します。モジュール (SoM)AI設計。 この勝利の組み合わせには、ルネサス MPU と PMIC に加えて、電源コントローラー、USB PD コントローラー、およびクロック デバイスが含まれています。
RAA215300のサンプル出荷は現在入手可能であり、大量生産は2022年の第XNUMX四半期に開始される予定です。
PMICメーカーは、通信およびネットワーク機器、サーバー、ストレージ用の新しいパワーICも提供しています。 一例は、からのマルチフェーズAIチップセットです。 マキシム Integrated Products、Inc。このチップセットは、GPU、FPGA、ASIC、xPUなどのAIハードウェアアクセラレータを強化して、ソリューションの効率を高め、ソリューションのサイズを縮小します。
MAX16602 AI コアはデュアル出力電圧 レギュレーター MAX20790スマートパワーステージICは、高電力AIシステム向けに高効率と小型のソリューション全体サイズを実現します。 このチップセットは、マキシムの特許取得済みの結合回路による電流リップルキャンセル機能を活用しています。 誘導子、競合ソリューションと比較して95％の効率向上を主張し、1.8Vの出力電圧と200Aの負荷条件でXNUMX％を超える効率に変換されます。
「コンピューティングに対する飽くなき渇望があります」とChen氏は述べています。 「パワーマネジメントICは、高速パワーマネジメントバスで高効率を実現し、大電流をサポートする必要があります。 新しいPMICは、電力と機能の要件のスイートスポットを理解することにより、顧客のAIソリューションを実現する必要があります。」
Chen氏は、PMICにはいくつかの新しい要件があり、高効率、強化された過渡応答、および低静止電流を備えた高電流サポート（> 500 A）の必要性につながると述べました。 その他の要件には、PMBusを介したテレメトリ、保護機能、フォームファクタに適合するソリューションサイズ、冷却、およびパフォーマンスを最適化するための電力供給が含まれます。
新しいチップセットは、これらすべての点に当てはまります。 このソリューションは、さまざまな出力電流要件（熱設計電流は通常2 A〜16 A以上）に対して60〜800フェーズに拡張可能であり、薄型（<4 mm）結合インダクタは、次のような複数のフォームファクタをサポートするようにカスタマイズできます。周辺コンポーネント相互接続エクスプレス（PCIe）およびOCPアクセラレータモジュール（OAM）。
MAX16602およびMAX20790マルチフェーズチップセットで実装されたAIシステムは、競合ソリューションと比較して発熱が少ないと言われています。 マキシムの結合インダクタのおかげで テクノロジー モノリシックに統合された両面冷却パワーステージ IC により、スイッチング周波数が 50% 低下し、電力損失が減少します。
MAX16602CL8EVKITボード（出典：Maxim Integrated）
マキシム・インテグレーテッドはまた、モノリシック統合アプローチが「FETとドライバー間の寄生抵抗とインダクタンスを実質的に排除」して高効率を達成すると述べました。
結合インダクタとスマートパワーステージICを備えたMAX16602は、強化された過渡応答と低静止電流を備えた高効率コアレギュレータを実装し、アーキテクチャはコンポーネント数を減らし、高度な電力管理とテレメトリを可能にし、全負荷範囲でエネルギー節約を向上させます。 保護とシャットダウンのレギュレータパラメータは、PMBusプロトコルを使用してシリアルインターフェースを介して設定および監視できます。
MAX16602およびMAX20790デバイスは、マキシム・インテグレーテッドのWebサイト（サンプルを含む）およびその正規販売代理店で入手できます。
ダイアログ セミコンダクタについてMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America