인공 지능(AI) 애플리케이션은 더 높은 전력과 더 빠른 처리를 필요로 하며, 이는 전력 관리 IC(PMIC) 설계의 일부 변화를 주도하고 있습니다. 이러한 새로운 요구 사항은 더 높은 전류 지원 및 더 나은 효율성에서 개선된 열 관리 및 더 작은 솔루션 크기에 이르기까지 다양합니다.
출력 IC 제조업체는 AI 기능이 특히 효율성, 과도 응답 및 솔루션 크기에 대한 새로운 요구 사항을 주도하고 있다는 데 동의합니다. 이러한 요구 사항은 자동차, 산업 또는 데이터 센터 애플리케이션을 위한 모든 시장 부문에 영향을 미칩니다.
"에지 AI, 즉 AI 기능을 통합하는 엔드포인트 장치의 빠른 채택은 배터리 수명을 연장하기 위해 고효율로 이러한 장치에 전원을 공급할 수 있는 PMIC, 대부분의 애플리케이션이 크기가 제한되어 있기 때문에 작은 솔루션 크기, 빠른 부하 과도 기능, 이는 애플리케이션에 추가 커패시터가 필요하지 않습니다. 따라서 엔드포인트 애플리케이션에는 일반적으로 RF 및 아마도 노이즈에 민감한 비디오 및 오디오 기능이 포함되기 때문에 솔루션 크기가 감소하고 EMI 풋프린트가 낮습니다.”라고 수석 제품 마케팅 관리자인 James Lam이 말했습니다. 르네사스 전자 주식회사
자동차 애플리케이션의 경우 더 높은 전력과 더 빠른 처리에 대한 요구가 두 가지 핵심 필수 요소입니다. Dialog, Automotive Business Segment의 GM 수석 부사장인 Tom Sandoval은 "AI 애플리케이션은 훨씬 더 높은 전력을 필요로 하고 전력 전달에 매우 빠른 응답을 요구합니다."라고 말했습니다. 반도체. "특히 ADAS[고급 운전자 지원 시스템] 및 AI의 경우 "프레임 속도"가 매우 높기 때문에 카메라에 캡처되는 상황의 개별 스냅샷에는 더 빠른 처리와 훨씬 더 많은 처리가 필요합니다."
Sandoval은 이것이 전력 관리에 두 가지 영향을 미친다고 말했습니다. “첫째, 이 데이터를 처리하는 SoC의 개별 코어는 증가된 데이터를 더 빠른 속도로 병렬 처리하기 위해 숫자가 증가합니다. 이는 SoC에 대한 전체 전류 요구 사항이 훨씬 더 높다는 것을 의미합니다. 두 번째, 코어의 증가된 처리 속도는 현재 및 전압 전환 에지가 훨씬 빠릅니다."라고 그는 말했습니다.
Dialog의 새로운 DA914X-A 다중 위상 장치는 이러한 유형의 애플리케이션에 최적화되어 있습니다. Sandoval은 "이 제품은 경쟁 제품의 단상 제품보다 과도 성능, 손실 감소, 효율성, 최적화된 열 손실, 최소화된 리플 전류 및 전압을 제공합니다."라고 말했습니다.
Dialog는 AI 기반 자동차 애플리케이션을 위한 고전류 자동차 등급 강압 DC/DC(벅) 컨버터의 DA914X-A 제품군을 설계했습니다. 자동차 AI SoC를 대상으로 하는 DA914X-A 제품군은 전력 컨트롤러와 개별 FET의 조합이 필요한 전력 솔루션의 대안입니다. 새로운 제품군은 전력 FET와 모든 필수 제어 로직을 고집적 모놀리식 장치에 통합합니다. 작동을 위해 몇 가지 외부 구성 요소만 필요하므로 시스템 BOM 비용과 솔루션 설치 공간을 170mm 미만으로 낮춥니다.2회사에 따르면.
Sandoval은 많은 고객이 개별 부품 세트를 사용하지만 DA914X 제품군은 더 작은 설치 공간, 더 낮은 비용 및 더 높은 신뢰성을 갖춘 단일 모놀리식 PMIC에서 이러한 요구를 충족할 수 있다고 말했습니다.
“경쟁 제품과 비교할 때 DA9141-A는 로우 프로파일 애플리케이션을 위해 PCB 비용이 낮고 전체 부품 높이가 낮습니다. 인덕터와 커패시터를 부하 지점에 최적으로 배치할 수 있는 기회를 제공하는 유연성이 더 높고 전력 분산이 분산되어 열이 더 고르게 분산되므로 효율적인 열 관리에 매우 중요합니다.”라고 그는 말했습니다.
DA914X-A 장치는 최대 40A의 전류 수준을 제공하고 전력 효율성이 매우 뛰어나 매우 높은 전류 요구 사항을 가진 복잡한 자동차 SoC에 전력을 공급하는 열 설계 문제를 줄여줍니다. 따라서 이 제품군은 자율 차량용 머신 러닝 및 비전 애플리케이션에 사용되는 그래픽 또는 AI 임베디드 프로세서를 구동하는 데 적합합니다.
AI 기반 자동차 애플리케이션을 위한 DA914X-A 제품군(출처: Dialog 반도체)
DA914X-A 제품군은 현재 DA9141-A 및 DA9142-A의 두 가지 장치로 구성되어 있습니다. DA9141-A는 단일 채널, XNUMX상 벅으로 작동합니다. 변환기, 최대 40A 출력 전류를 제공하는 반면 DA9142-A는 단일 채널, 이중 위상 벅 컨버터로 작동하여 최대 20A 출력 전류를 제공합니다. 모든 장치는 2.8V ~ 5.5V의 입력 전압 범위와 0.3V ~ 1.3V의 출력 전압 범위를 가지므로 다양한 저전력 시스템에 적합합니다.
DA914X-A 제품의 주요 기능에는 단상 아키텍처와 비교할 때 더 나은 과도 성능, 더 낮은 손실, 더 나은 효율성, 최적화된 열 손실, 최소화된 리플 전류 및 전압을 위한 다상 작동이 포함됩니다. 또한 열 분산과 효율적인 열 관리를 위해 분산 전력을 제공합니다. 기타 기능으로는 원격 감지, 완전히 프로그래밍 가능한 소프트 스타트, I2C, DVC 및 Power Good 표시기에 대한 지원을 포함하는 구성 가능한 GPIO가 있습니다.
이 제품군은 또한 부하에 따라 공급 전압을 적응적으로 조정할 수 있는 동적 전압 제어를 제공하여 다운스트림 회로가 저전력 또는 유휴 모드에 들어갈 때 효율성을 증가시켜 전력을 절약할 수 있다고 회사는 말했습니다.
DA914X-A 장치는 AEC-Q100 등급 1 인증을 받았으며
4.5 × 7.0mm, 0.6mm 피치 60핀 FC-BGA 패키지. 산업용/상업용 버전도 제공됩니다.
Renesas Electronics는 또한 산업용 애플리케이션을 목표로 하지만 AI 프로세서를 위한 새로운 고도로 통합된 PMIC를 제공합니다. RAA215300 2채널 PMIC는 AI 지원 애플리케이션용으로 설계된 Renesas의 RZ/V2L 및 RZ/GXNUMXL 마이크로프로세서(MPU)를 보완합니다.
Lam은 새로운 RAA215300 PMIC가 에지 AI 애플리케이션에 매우 적합하다고 말했습니다. “경쟁사 전력 솔루션보다 최대 15% 더 높은 효율성을 제공하고 빠른 부하 과도 응답은 추가 출력 커패시터 없이 RZ MPU 및 DRP-AI 애플리케이션을 지원하며 VDDQ, VTT, VREF 및 VPP를 지원하여 구성 요소 수와 솔루션 크기를 최소화합니다.”
또한 EMI 및 노이즈 커플링 감소 기능은 고품질 이미지 및 음성 인식 AI 제품을 대상으로 하는 RF, 비디오 및 오디오 하위 시스템 설계를 단순화한다고 그는 말했습니다.
RAA215300은 5개의 벅 레귤레이터(3.5A, 2A, 1.5 × 1A, 0.6A, 2A 지원), 300개의 LDO(50 × 4mA, 4mA 지원), 실시간 클록 및 코인 셀/ 슈퍼캡 충전기. 이 수준의 고집적도는 설계 복잡성을 줄이고 보드에 있는 더 적은 수의 부품으로 시스템 신뢰성을 높입니다. 전용 VREF, VTT 및 VPP 레일이 있는 DDR3, DDR3L, DDRXNUMX 및 DDRXNUMXL 메모리를 지원합니다. PMIC는 또한 XNUMX층 인쇄 회로 기판(PCB)을 가능하게 하여 비용을 절감합니다.
산업용 AI 애플리케이션을 위한 RAA215300 XNUMX채널 PMIC(출처: Renesas Electronics)
이 장치는 내장 EEPROM으로 구성할 수 있습니다. 작동 온도 범위는 산업용 애플리케이션의 경우 -40°C ~ 105°C입니다. 기타 기능으로는 RF 애플리케이션의 EMI를 줄이기 위한 확산 스펙트럼, 마이크 또는 스피커로의 가청 잡음 결합을 제거하기 위한 초음파 모드, 소프트웨어가 실행되기 전에 시스템 전원을 안전하게 켜기 위한 내장 워치독 타이머 등이 있습니다.
RAA215300은 확장 가능한 SMARC(Smart Mobility ARChitecture) 시스템 온을 위한 성공적인 조합에서 RZ/G2L, RZ/V2L 및 기타 여러 Renesas 제품과 쌍을 이룹니다.모듈 (SoM) AI 디자인. Renesas MPU 및 PMIC 외에도 이 성공적인 조합에는 전원 컨트롤러, USB PD 컨트롤러 및 클록 장치가 포함됩니다.
RAA215300의 샘플 출하가 현재 가능하며 대량 생산은 2022년 XNUMX분기에 시작될 예정입니다.
PMIC 제조업체는 또한 통신 및 네트워킹 장비, 서버 및 스토리지를 위한 새로운 전력 IC를 제공하고 있습니다. 한 가지 예는 의 다상 AI 칩셋입니다. 격언 Integrated Products, Inc. 이 칩셋은 GPU, FPGA, ASIC 및 xPU를 포함한 AI 하드웨어 가속기를 구동하여 솔루션 효율성을 높이고 솔루션 크기를 줄이라고 Maxim Integrated의 클라우드 및 데이터 센터 사업부 비즈니스 관리 이사인 Steven Chen이 말했습니다.
MAX16602 AI 코어 이중 출력 전압 조정기 MAX20790 스마트 전력 스테이지 IC는 고전력 AI 시스템을 위한 높은 효율과 작은 전체 솔루션 크기를 제공합니다. 칩셋은 Maxim의 특허받은 결합 기술의 현재 리플 제거 기능을 활용합니다. 성직 수 여자, 경쟁 솔루션에 비해 효율이 95% 향상되었다고 주장하며, 이는 1.8V 출력 전압 및 200A 부하 조건에서 XNUMX% 이상의 효율로 해석됩니다.
"컴퓨팅에 대한 끝없는 갈증이 있습니다."라고 Chen이 말했습니다. “전력 관리 IC는 고속 전력 관리 버스로 고효율을 달성하고 고전류를 지원해야 합니다. 새로운 PMIC는 전력 및 기능 요구 사항의 스위트 스팟을 이해함으로써 고객의 AI 솔루션을 가능하게 해야 합니다.”
Chen은 PMIC에 대한 몇 가지 새로운 요구 사항이 있으며 고효율, 향상된 과도 응답 및 낮은 대기 전류를 갖춘 고전류 지원(>500A)이 필요하다고 말했습니다. 기타 요구 사항에는 PMBus를 통한 원격 측정, 보호 기능, 폼 팩터에 맞는 솔루션 크기, 성능 최적화를 위한 냉각 및 전원 공급이 포함됩니다.
새로운 칩셋은 이러한 모든 점을 충족합니다. 솔루션은 다양한 출력 전류 요구 사항(열 설계 전류는 일반적으로 2A ~ 16A 이상)에 대해 60상에서 800상까지 확장 가능하며, 로우 프로파일(<4mm) 결합 인덕터는 다음과 같은 여러 폼 팩터를 지원하도록 맞춤화할 수 있습니다. PCIe(Peripheral Component Interconnect Express) 및 OAM(OCP 가속기 모듈).
MAX16602 및 MAX20790 다중 위상 칩셋으로 구현된 AI 시스템은 경쟁 솔루션에 비해 발열이 적다고 합니다. Maxim의 결합 인덕터 덕분에 technology 모놀리식 통합 양면 냉각 전력단 IC를 사용하면 스위칭 주파수가 50% 낮아져 전력 손실이 줄어듭니다.
MAX16602CL8EVKIT 기판(출처: Maxim Integrated)
Maxim Integrated는 또한 모놀리식 통합 방식이 고효율을 달성하기 위해 "FET와 드라이버 사이의 기생 저항과 인덕턴스를 실질적으로 제거"한다고 언급했습니다.
결합된 인덕터 및 스마트 전력 스테이지 IC가 있는 MAX16602는 향상된 과도 응답 및 낮은 대기 전류로 고효율 코어 레귤레이터를 구현하며 아키텍처는 부품 수를 줄이고 고급 전력 관리 및 원격 측정을 가능하게 하며 전체 부하 범위에서 에너지 절약을 증가시킵니다. PMBus 프로토콜을 사용하는 직렬 인터페이스를 통해 보호 및 종료를 위한 조정기 매개변수를 설정하고 모니터링할 수 있습니다.
MAX16602 및 MAX20790 장치는 Maxim Integrated의 웹사이트(샘플 포함) 및 공인 대리점에서 구입할 수 있습니다.
Dialog Semiconductor 정보Maxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America