Aplikasi kecerdasan buatan (AI) memerlukan daya yang lebih tinggi dan pemprosesan yang lebih pantas, yang mendorong beberapa perubahan dalam reka bentuk IC pengurusan kuasa (PMIC). Keperluan baru ini berkisar dari sokongan semasa yang lebih tinggi dan kecekapan yang lebih baik hingga pengurusan haba yang lebih baik dan ukuran penyelesaian yang lebih kecil.
Kuasa IC pembuat bersetuju bahawa keupayaan AI mendorong keperluan baru terutama untuk kecekapan, tindak balas sementara, dan ukuran penyelesaian. Keperluan ini mempengaruhi semua segmen pasaran, sama ada untuk aplikasi automotif, industri, atau pusat data.
"Penerapan cepat AI tepi, iaitu, peranti titik akhir yang mengintegrasikan kemampuan AI, mewujudkan keperluan untuk PMIC yang dapat memberi kekuatan pada peranti tersebut dengan kecekapan tinggi untuk memanjangkan hayat bateri, ukuran penyelesaian kecil kerana kebanyakan aplikasi adalah ukuran yang terbatas, kemampuan sementara beban cepat, yang tidak memerlukan kapasitor tambahan dalam aplikasi - sekali lagi, ukuran penyelesaian yang dikurangkan, dan jejak EMI yang rendah kerana aplikasi titik akhir biasanya merangkumi RF dan kemungkinan, kemampuan video dan audio yang sensitif terhadap bunyi, "kata James Lam, pengurus pemasaran produk kanan, Renesas Electronics Corp.
Untuk aplikasi automotif, keperluan untuk daya yang lebih tinggi dan pemprosesan yang lebih pantas adalah dua perkara must must. "Aplikasi AI memerlukan daya yang jauh lebih tinggi dan juga memerlukan tindak balas yang sangat cepat untuk memberikan daya berbanding dengan pemprosesan yang lebih konvensional," kata Tom Sandoval, naib presiden kanan, GM, Segmen Perniagaan Automotif, Dialog Semikonduktor. "Terutama untuk ADAS [sistem bantuan pemandu lanjutan] dan AI," kadar bingkai "sangat tinggi, di sinilah tangkapan gambar individu yang dirakam oleh kamera memerlukan pemprosesan yang lebih cepat dan lebih banyak lagi."
Sandoval mengatakan ini mempunyai dua kesan pada pengurusan kuasa. "Nombor satu, inti individu dalam SoC memproses data ini meningkat dalam jumlah untuk memproses data yang meningkat dan pada kelajuan yang lebih pantas. Ini bermaksud keperluan semasa keseluruhan untuk SoC jauh lebih tinggi. Nombor dua, teras meningkatkan kelajuan pemprosesan bermaksud arus dan voltan tepi peralihan jauh lebih pantas, ”katanya.
Peranti multi-fasa DA914X-A Dialog dioptimumkan untuk jenis aplikasi ini. "Mereka mempunyai prestasi sementara yang lebih baik, kerugian yang lebih rendah, kecekapan yang lebih baik, pelesapan haba yang dioptimumkan, dan arus dan voltan riak yang minimum daripada setara fasa tunggal pertandingan," kata Sandoval.
Dialog merancang keluarga produk DA914X-A dengan penukar DC / DC (buck) tahap rendah, automotif, kelas automatik untuk aplikasi automotif berasaskan AI. Menyasarkan SoC AI automotif, keluarga DA914X-A adalah alternatif kepada penyelesaian kuasa yang memerlukan gabungan pengawal kuasa dan FET diskrit. Keluarga baru mengintegrasikan FET kuasa dan semua logik kawalan yang diperlukan ke dalam peranti monolitik yang sangat bersepadu. Hanya beberapa komponen luaran yang diperlukan untuk operasi, yang menurunkan kos bil bahan sistem dan jejak penyelesaian di bawah 170 mm2, menurut syarikat itu.
Sandoval mengatakan banyak pelanggan menggunakan satu set komponen diskrit tetapi keluarga DA914X dapat memenuhi keperluan ini dalam satu PMIC monolitik dengan jejak yang lebih kecil, kos yang lebih rendah, dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi.
"Jika dibandingkan dengan persaingan, DA9141-A mempunyai kos PCB yang lebih rendah dan ketinggian komponen keseluruhan yang lebih rendah untuk aplikasi berprofil rendah; mempunyai lebih banyak fleksibiliti, menawarkan peluang untuk meletakkan Induktor dan kapasitor secara optimum dekat dengan titik beban, dan mempunyai pelesapan daya yang diedarkan, menghasilkan pengagihan haba yang lebih merata - kritikal untuk pengurusan haba yang cekap, ”katanya.
Peranti DA914X-A memberikan tahap semasa hingga 40 amp, dan dikatakan sangat cekap tenaga, mengurangkan cabaran reka bentuk terma untuk menghidupkan SoC automotif kompleks dengan keperluan semasa yang sangat tinggi. Ini menjadikan keluarga produk sangat sesuai untuk menghidupkan grafik atau pemproses tertanam AI yang digunakan dalam pembelajaran mesin dan aplikasi penglihatan untuk kenderaan autonomi.
Keluarga produk DA914X-A untuk aplikasi automotif berasaskan AI (Sumber: Dialog Semikonduktor)
Keluarga DA914X-A kini terdiri daripada dua peranti: DA9141-A dan DA9142-A. DA9141-A beroperasi sebagai saluran tunggal, quad-phase buck Penukar, memberikan arus keluaran hingga 40-A, sementara DA9142-A beroperasi sebagai penukar buck dual-phase satu saluran, memberikan arus output hingga 20-A. Semua peranti mempunyai julat voltan input dari 2.8 V hingga 5.5 V dan julat voltan keluaran 0.3 V hingga 1.3 V, menjadikannya sesuai untuk berbagai sistem daya rendah.
Ciri-ciri utama produk DA914X-A termasuk operasi multi-fasa untuk prestasi sementara yang lebih baik, kerugian yang lebih rendah, kecekapan yang lebih baik, pelesapan haba yang dioptimumkan, dan arus dan voltan riak yang minimum jika dibandingkan dengan seni bina fasa tunggal. Ia juga menawarkan penyebaran kuasa yang diedarkan untuk pengedaran haba yang lebih seimbang dan pengurusan haba yang cekap. Ciri-ciri lain termasuk penginderaan jauh, permulaan lembut yang dapat diprogramkan sepenuhnya, dan GPIO yang boleh dikonfigurasi yang merangkumi sokongan untuk penunjuk I2C, DVC dan Power Good.
Keluarga ini juga menawarkan kawalan voltan dinamik yang memungkinkan penyesuaian adaptif voltan bekalan bergantung pada beban, yang meningkatkan kecekapan ketika litar hilir memasuki mod rendah atau mod terbiar, yang mengakibatkan penjimatan kuasa, kata syarikat itu.
Peranti DA914X-A berkelayakan AEC-Q100 Gred 1 dan boleh didapati di a
4.5 × 7.0 mm, pakej 0.6 mm 60-pin FC-BGA. Versi kelas industri / komersial juga ada.
Renesas Electronics juga menawarkan PMIC baru yang sangat bersepadu untuk pemproses AI, walaupun ditujukan untuk aplikasi industri. PMA sembilan saluran RAA215300 melengkapkan mikropemproses Renesas RZ / V2L dan RZ / G2L (MPU) yang direka untuk aplikasi berkemampuan AI.
Lam mengatakan PMA RAA215300 baru sangat sesuai untuk aplikasi AI yang canggih. "Ia memberikan kecekapan hingga 15% lebih tinggi daripada penyelesaian daya pesaing dan respons sementara beban cepat menyokong aplikasi RZ MPU dan DRP-AI tanpa memerlukan kapasitor output tambahan, dan juga menyediakan penyelesaian daya DDR4 dan DDR3L lengkap termasuk VDDQ, VTT, VREF dan VPP menyokong, meminimumkan jumlah komponen dan ukuran penyelesaian. "
Selain itu, EMI dan fitur pengurangan penggabungan bunyi menyederhanakan reka bentuk sub-sistem RF, video, dan audio yang disasarkan untuk produk AI pengenalan gambar dan suara berkualiti tinggi, katanya.
RAA215300 menggabungkan enam pengatur wang (menyokong 5 A, 3.5 A, 2 × 1.5 A, 1 A, 0.6 A), tiga LDO (menyokong 2 × 300 mA, 50 mA), jam masa nyata, dan sel duit syiling / pengecas supercap. Tahap integrasi tinggi ini mengurangkan kerumitan reka bentuk dan meningkatkan kebolehpercayaan sistem dengan lebih sedikit komponen di papan. Ia menyokong memori DDR4, DDR4L, DDR3 dan DDR3L dengan rel VREF, VTT, dan VPP khusus. PMIC juga membolehkan papan litar bercetak empat lapisan (PCB), yang mengurangkan kos.
PMA sembilan saluran RAA215300 untuk aplikasi AI industri (Sumber: Renesas Electronics)
Peranti boleh dikonfigurasi dengan EEPROM terbina dalam. Julat suhu operasi adalah -40 ° C hingga 105 ° C untuk aplikasi industri. Ciri-ciri lain termasuk spektrum penyebaran untuk mengurangkan EMI untuk aplikasi RF, mod ultrasonik untuk menghilangkan penggabungan bunyi yang terdengar menjadi mikrofon atau pembesar suara, dan pemasa pengawas terbina dalam untuk sistem yang selamat sebelum perisian dijalankan ..
RAA215300 berpasangan dengan RZ/G2L, RZ/V2L dan beberapa tawaran Renesas lain dalam Gabungan Menang untuk sistem SMARC (Smart Mobility ARChitecture) Scalable on-modul (SoM) dengan reka bentuk AI. Selain Renesas MPU dan PMIC, Gabungan Menang ini termasuk pengawal kuasa, pengawal PD USB dan peranti jam.
Contoh penghantaran RAA215300 tersedia sekarang, dan pengeluaran besar-besaran dijadualkan bermula pada suku pertama 2022.
Pembuat PMIC juga memberikan IC kuasa baru untuk peralatan, pelayan, dan penyimpanan komunikasi dan rangkaian. Salah satu contohnya ialah chipset AI pelbagai fasa dari Maxim Integrated Products, Inc. Chipset ini memberi kuasa kepada pemecut perkakasan AI termasuk GPU, FPGA, ASIC, dan xPU untuk meningkatkan kecekapan penyelesaian dan mengurangkan ukuran penyelesaian, kata Steven Chen, pengarah pengurusan perniagaan untuk Unit Perniagaan Cloud dan Pusat Data di Maxim Integrated.
MAX16602 AI teras voltan dwi-output pengatur dan IC peringkat kuasa pintar MAX20790 memberikan kecekapan tinggi dan jumlah saiz penyelesaian yang kecil untuk sistem AI berkuasa tinggi. Chipset ini memanfaatkan ciri pembatalan riak semasa daripada gabungan Maxim yang dipatenkan Peraruh, menuntut peningkatan kecekapan satu peratus berbanding dengan penyelesaian kompetitif, yang diterjemahkan menjadi kecekapan lebih besar daripada 95 peratus pada voltan output 1.8-V dan keadaan beban 200-A.
"Ada kehausan yang tidak puas untuk pengkomputeran," kata Chen. “IC pengurusan kuasa perlu mencapai kecekapan tinggi dan menyokong arus tinggi dengan bas pengurusan kuasa berkelajuan tinggi. PMIC baru perlu mengaktifkan penyelesaian AI pelanggan dengan memahami kehebatan keperluan kuasa dan ciri. "
Chen mengatakan terdapat beberapa syarat baru untuk PMIC, yang memimpin dengan keperluan sokongan arus tinggi (> 500 A) dengan kecekapan tinggi, peningkatan tindak balas sementara, dan arus tenang rendah. Keperluan lain termasuk telemetri melalui PMBus, fitur perlindungan, ukuran penyelesaian agar sesuai dengan faktor bentuk, penyejukan, dan penyampaian kuasa untuk mengoptimumkan prestasi.
Chipset baru menyentuh semua perkara ini. Penyelesaiannya boleh diskalakan dari 2 hingga 16 fasa untuk keperluan arus keluaran yang berbeza (arus reka bentuk terma biasanya 60 A hingga 800 A atau lebih), dan induktor berpasangan berprofil rendah (<4 mm) disesuaikan untuk menyokong pelbagai faktor bentuk seperti komponen periferal interconnect express (PCIe) dan modul pemecut OCP (OAM).
Sistem AI yang dilaksanakan dengan cipset berbilang fasa MAX16602 dan MAX20790 dikatakan menjana kurang haba berbanding penyelesaian kompetitif. Terima kasih kepada induktor gandingan Maxim teknologi dan IC peringkat kuasa penyejukan dwi-sisi bersepadu monolitik, kehilangan kuasa dikurangkan akibat frekuensi pensuisan 50 peratus lebih rendah.
Papan MAX16602CL8EVKIT (Sumber: Maxim Integrated)
Maxim Integrated juga menyatakan bahawa pendekatan bersepadu monolitik "secara praktikal menghilangkan ketahanan parasit dan induktansi antara FET dan pemacu" untuk mencapai kecekapan tinggi.
MAX16602 dengan induktor yang digabungkan dan IC tahap kuasa pintar menerapkan pengatur teras kecekapan tinggi dengan tindak balas sementara yang dipertingkatkan dan arus tenang yang rendah dan seni bina membantu mengurangkan kiraan komponen dan membolehkan pengurusan tenaga dan telemetri maju dan meningkatkan penjimatan tenaga sepanjang julat muatan penuh. Parameter pengatur untuk perlindungan dan penutupan dapat diatur dan dipantau melalui antara muka bersiri menggunakan protokol PMBus.
Peranti MAX16602 dan MAX20790 boleh didapati di laman web Maxim Integrated (termasuk sampel) dan pengedar sahnya.
mengenai Dialog SemiconductorMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America