Os aplicativos de inteligência artificial (AI) requerem maior potência e processamento mais rápido, o que está gerando algumas mudanças no projeto de CIs de gerenciamento de energia (PMICs). Esses novos requisitos variam de suporte de corrente mais alto e melhor eficiência ao gerenciamento térmico aprimorado e soluções de tamanho menor.
Potência IC os fabricantes concordam que os recursos de IA estão gerando novos requisitos, especialmente para eficiência, resposta transitória e tamanho da solução. Esses requisitos afetam todos os segmentos de mercado, seja para aplicações automotivas, industriais ou de data center.
“A rápida adoção de IA de ponta, ou seja, dispositivos de endpoint que integram recursos de IA, cria a necessidade de PMICs que podem alimentar esses dispositivos com alta eficiência para estender a vida útil da bateria, soluções de tamanho pequeno, uma vez que a maioria dos aplicativos tem tamanho restrito, capacidades transitórias de carga rápida, que não requer capacitores adicionais na aplicação - então, novamente, solução de tamanho reduzido e pegada EMI baixa, uma vez que as aplicações de endpoint normalmente incluem RF e, possivelmente, recursos de vídeo e áudio que são sensíveis ao ruído ”, disse James Lam, gerente sênior de marketing de produto, Renesas Electronics Corp.
Para aplicações automotivas, a necessidade de maior potência e processamento mais rápido são dois itens essenciais. “As aplicações de IA requerem uma potência significativamente maior e também requerem uma resposta muito rápida para fornecer potência em comparação com o processamento mais convencional”, disse Tom Sandoval, vice-presidente sênior da GM, Segmento de Negócios Automotivos da Dialog Semicondutores. “Particularmente para ADAS [sistemas avançados de assistência ao motorista] e AI, as" taxas de quadros "são extremamente altas, é aqui que os instantâneos individuais da situação sendo capturados pela câmera exigem um processamento mais rápido e muito mais."
Sandoval disse que isso tem dois efeitos no gerenciamento de energia. “Número um, os núcleos individuais no SoC que processam esses dados aumentam em números para processar em paralelo os dados aumentados e em uma velocidade mais rápida. Isso significa que os requisitos gerais atuais para o SoC são muito maiores. Número dois, os núcleos aumentaram a velocidade de processamento significa que o atual e Voltagem as bordas de transição são muito mais rápidas ”, disse ele.
Os novos dispositivos multifásicos DA914X-A da Dialog são otimizados para esse tipo de aplicação. “Eles têm melhor desempenho transiente, perdas menores, melhor eficiência, dissipação térmica otimizada e corrente e tensões de ondulação minimizadas do que os equivalentes monofásicos da concorrência”, disse Sandoval.
A Dialog projetou a família de produtos DA914X-A de conversores DC / DC (buck) abaixadores de alta corrente de classe automotiva para aplicações automotivas baseadas em IA. Visando SoCs automotivos de IA, a família DA914X-A é uma alternativa para soluções de energia que requerem uma combinação de um controlador de energia e FETs discretos. A nova família integra FETs de energia e todas as lógicas de controle necessárias em um dispositivo monolítico altamente integrado. Apenas alguns componentes externos são necessários para a operação, o que reduz os custos da lista de materiais do sistema e pegadas de solução abaixo de 170 mm2, de acordo com a empresa.
Sandoval disse que muitos clientes usam um conjunto de componentes discretos, mas a família DA914X pode atender a essas necessidades em um único PMIC monolítico com uma pegada menor, menor custo e maior confiabilidade.
“Quando comparado com a concorrência, o DA9141-A tem custos de PCB mais baixos e menor altura geral de componentes para aplicações de baixo perfil; tem mais flexibilidade, oferecendo a oportunidade de posicionar de forma ideal os indutores e capacitores próximos ao ponto de carga, e tem uma dissipação de potência distribuída, resultando em uma distribuição mais uniforme do calor - fundamental para um gerenciamento térmico eficiente ”, afirmou.
Os dispositivos DA914X-A fornecem níveis de corrente de até 40 amperes e são considerados extremamente eficientes em termos de energia, reduzindo os desafios de design térmico de alimentar SoCs automotivos complexos com requisitos de corrente muito altos. Isso torna a família de produtos adequada para gráficos ou processadores integrados de IA usados em aplicativos de aprendizado de máquina e visão para veículos autônomos.
A família de produtos DA914X-A para aplicações automotivas baseadas em IA (Fonte: Dialog Semicondutores)
A família DA914X-A atualmente consiste em dois dispositivos: o DA9141-A e DA9142-A. O DA9141-A opera como um buck de um canal e quatro fases conversor, fornecendo corrente de saída de até 40-A, enquanto o DA9142-A opera como um conversor buck buck de canal único, fornecendo corrente de saída de até 20-A. Todos os dispositivos têm uma faixa de tensão de entrada de 2.8 V a 5.5 V e uma faixa de tensão de saída de 0.3 V a 1.3 V, tornando-os adequados para uma variedade de sistemas de baixa potência.
Os principais recursos dos produtos DA914X-A incluem operação multifásica para melhor desempenho transiente, menores perdas, melhor eficiência, dissipação térmica otimizada e corrente e tensões de ondulação minimizadas em comparação com uma arquitetura monofásica. Ele também oferece dissipação de energia distribuída para distribuição mais uniforme de calor e gerenciamento térmico eficiente. Outros recursos incluem sensoriamento remoto, soft start totalmente programável e GPIOs configuráveis que incluem suporte para I2C, DVC e indicador Power Good.
A família também oferece controle de tensão dinâmico que permite o ajuste adaptativo da tensão de alimentação dependente da carga, o que aumenta a eficiência quando o circuito downstream entra no modo de baixa potência ou ocioso, resultando em economia de energia, disse a empresa.
Os dispositivos DA914X-A são qualificados AEC-Q100 Grau 1 e estão disponíveis em um
Pacote FC-BGA de 4.5 pinos de 7.0 × 0.6 mm, passo de 60 mm. Versões industriais / comerciais também estão disponíveis.
A Renesas Electronics também oferece um novo PMIC altamente integrado para processadores AI, embora voltado para aplicações industriais. O PMIC de nove canais RAA215300 complementa os microprocessadores (MPUs) RZ / V2L e RZ / G2L da Renesas projetados para aplicativos habilitados para AI.
Lam disse que o novo PMIC RAA215300 é adequado para aplicações de IA de ponta. “Ele oferece até 15% mais eficiência do que as soluções de energia do concorrente e a resposta transitória de carga rápida suporta as aplicações RZ MPU e DRP-AI sem a necessidade de capacitores de saída adicionais, e também fornece soluções de energia DDR4 e DDR3L completas, incluindo VDDQ, Suporta VTT, VREF e VPP, minimizando a contagem de componentes e o tamanho da solução. ”
Além disso, os recursos de redução de acoplamento de ruído e EMI simplificam os projetos de subsistema de RF, vídeo e áudio voltados para produtos de IA de alta qualidade de imagem e reconhecimento de voz, disse ele.
O RAA215300 combina seis reguladores de buck (suportando 5 A, 3.5 A, 2 × 1.5 A, 1 A, 0.6 A), três LDOs (suportando 2 × 300 mA, 50 mA), um relógio em tempo real e uma célula tipo moeda / carregador supercap. Este nível de alta integração reduz a complexidade do projeto e aumenta a confiabilidade do sistema com menos componentes na placa. Ele suporta memórias DDR4, DDR4L, DDR3 e DDR3L com trilhos VREF, VTT e VPP dedicados. O PMIC também permite placas de circuito impresso de quatro camadas (PCBs), o que reduz custos.
O PMIC RAA215300 de nove canais para aplicações industriais de IA (Fonte: Renesas Electronics)
O dispositivo é configurável com EEPROM embutido. A faixa de temperatura operacional é de -40 ° C a 105 ° C para aplicações industriais. Outros recursos incluem espalhamento de espectro para reduzir EMI para aplicações de RF, modo ultrassônico para eliminar o acoplamento de ruído audível em microfones ou alto-falantes e um cronômetro de vigilância integrado para ligar o sistema com segurança antes que qualquer software seja executado.
O RAA215300 combina com RZ/G2L, RZ/V2L e várias outras ofertas da Renesas em uma combinação vencedora para um sistema SMARC (Smart Mobility ARChitecture) escalável.módulo (SoM) com design de IA. Além do Renesas MPU e PMIC, esta combinação vencedora inclui controladores de energia, um controlador USB PD e um dispositivo de relógio.
Remessas de amostras do RAA215300 já estão disponíveis e a produção em massa está programada para começar no primeiro trimestre de 2022.
Os fabricantes de PMIC também estão entregando novos CIs de energia para equipamentos de comunicação e rede, servidores e armazenamento. Um exemplo é um chipset AI multifásico da máximo Integrated Products, Inc. Este chipset alimenta aceleradores de hardware de IA, incluindo GPUs, FPGAs, ASICs e xPUs para aumentar a eficiência da solução e reduzir o tamanho da solução, disse Steven Chen, diretor de gerenciamento de negócios para Cloud and Data Center Business Unit da Maxim Integrated.
A tensão de saída dupla dos núcleos AI MAX16602 regulador e o IC de estágio de potência inteligente MAX20790 oferecem alta eficiência e tamanho total de solução pequeno para sistemas de IA de alta potência. O chipset aproveita o recurso atual de cancelamento de ondulação do sistema acoplado patenteado da Maxim Indutor, alegando uma melhoria de eficiência de um por cento em comparação com as soluções da concorrência, traduzindo-se em mais de 95 por cento de eficiência em condições de tensão de saída de 1.8 V e carga de 200 A.
“Há uma sede insaciável por computação”, disse Chen. “Os CIs de gerenciamento de energia precisam alcançar alta eficiência e suportar altas correntes com um barramento de gerenciamento de energia de alta velocidade. Os novos PMICs precisam habilitar uma solução de IA do cliente, entendendo o ponto ideal dos requisitos de energia e recursos ”.
Chen disse que há vários novos requisitos para PMICs, levando à necessidade de suporte de alta corrente (> 500 A) com alta eficiência, resposta transitória aprimorada e baixa corrente quiescente. Outros requisitos incluem telemetria por PMBus, recursos de proteção, tamanho da solução para se adequar ao formato, refrigeração e fornecimento de energia para otimizar o desempenho.
O novo chipset atinge todos esses pontos. A solução é escalonável de 2 a 16 fases para diferentes requisitos de corrente de saída (a corrente de projeto térmico é normalmente de 60 A a 800 A ou mais), e o indutor acoplado de baixo perfil (<4 mm) é personalizável para suportar vários fatores de forma, como Periférico Componente Interconectado Express (PCIe) e Módulos Aceleradores OCP (OAM).
Diz-se que os sistemas de IA implementados com o chipset multifásico MAX16602 e MAX20790 geram menos calor em comparação com soluções concorrentes. Graças ao indutor acoplado da Maxim tecnologia e CIs monolíticos integrados de estágio de potência de resfriamento de lado duplo, a perda de energia é reduzida como resultado de uma frequência de comutação 50% menor.
Placa MAX16602CL8EVKIT (Fonte: Maxim Integrated)
Maxim Integrated também observou que a abordagem integrada monolítica “praticamente elimina a resistência parasita e a indutância entre os FETs e os drivers” para alcançar a alta eficiência.
O MAX16602 com os indutores acoplados e ICs de estágio de energia inteligente implementam reguladores de núcleo de alta eficiência com resposta transitória aprimorada e baixa corrente quiescente e a arquitetura ajuda a reduzir a contagem de componentes e permite gerenciamento avançado de energia e telemetria e aumenta a economia de energia em toda a faixa de carga. Os parâmetros do regulador para proteção e desligamento podem ser definidos e monitorados por meio da interface serial usando o protocolo PMBus.
Os dispositivos MAX16602 e MAX20790 estão disponíveis no site da Maxim Integrated (incluindo amostras) e seus distribuidores autorizados.
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