Приложения искусственного интеллекта (ИИ) требуют большей мощности и более быстрой обработки, что приводит к некоторым изменениям в конструкции ИС управления питанием (PMIC). Эти новые требования варьируются от поддержки более высокого тока и повышения эффективности до улучшенного управления температурой и меньшего размера решения.
Питания IC производители согласны с тем, что возможности искусственного интеллекта предъявляют новые требования, особенно в отношении эффективности, переходного отклика и размера решения. Эти требования влияют на все сегменты рынка, будь то автомобильная промышленность, промышленность или приложения для центров обработки данных.
«Быстрое внедрение периферийного ИИ, то есть оконечных устройств, которые интегрируют возможности ИИ, создает потребность в PMIC, которые могут обеспечивать питание этих устройств с высокой эффективностью для увеличения срока службы батареи, небольшой размер решения, поскольку большинство приложений ограничены по размеру, возможности быстрой переходной нагрузки, который не требует дополнительных конденсаторов в приложении - так что, опять же, уменьшенный размер решения и низкий уровень электромагнитных помех, поскольку конечные приложения обычно включают в себя RF и, возможно, видео и аудио возможности, которые чувствительны к шуму », - сказал Джеймс Лам, старший менеджер по маркетингу продукции. Renesas Electronics Corp.
Для автомобильных приложений потребность в более высокой мощности и более быстрой обработке - два ключевых требования. «Приложения искусственного интеллекта требуют значительно большей мощности, а также требуют очень быстрого реагирования на передачу мощности по сравнению с более традиционной обработкой, - сказал Том Сандовал, старший вице-президент GM, автомобильный бизнес-сегмент, Dialog. Полупроводниковое. «В частности, для ADAS [передовых систем помощи водителю] и искусственного интеллекта« частота кадров »чрезвычайно высока, именно здесь отдельные снимки ситуации, захваченные камерой, требуют более быстрой обработки и значительно большего объема».
Сандовал сказал, что это имеет два эффекта на управление питанием. «Во-первых, количество отдельных ядер в SoC, обрабатывающих эти данные, увеличивается для параллельной обработки увеличенных данных с более высокой скоростью. Это означает, что общие текущие требования к SoC намного выше. Номер два, увеличенная скорость обработки ядер означает текущую и напряжение края перехода намного быстрее », - сказал он.
Новые многофазные устройства DA914X-A компании Dialog оптимизированы для этого типа приложений. «Они имеют лучшие переходные характеристики, более низкие потери, лучшую эффективность, оптимизированное рассеивание тепла и минимизированные пульсации тока и напряжения, чем однофазные аналоги конкурентов», - сказал Сандовал.
Компания Dialog разработала семейство сильноточных понижающих DC / DC преобразователей DA914X-A автомобильного класса для автомобильных приложений на базе искусственного интеллекта. Семейство DA914X-A, ориентированное на автомобильные AI SoC, является альтернативой решениям по питанию, которые требуют комбинации контроллера питания и дискретных полевых транзисторов. Новое семейство объединяет силовые полевые транзисторы и всю необходимую логику управления в высокоинтегрированное монолитное устройство. Для работы требуется всего несколько внешних компонентов, что снижает затраты на систему и занимаемую площадь ниже 170 мм.2По данным компании.
Сандовал сказал, что многие клиенты используют набор дискретных компонентов, но семейство DA914X может удовлетворить эти потребности в одном монолитном PMIC с меньшими размерами, более низкой стоимостью и более высокой надежностью.
«По сравнению с конкурентами DA9141-A имеет более низкую стоимость печатной платы и меньшую общую высоту компонентов для низкопрофильных приложений; обладает большей гибкостью, предлагая возможность оптимального размещения катушек индуктивности и конденсаторов близко к точке нагрузки, и имеет распределенное рассеивание мощности, что приводит к более равномерному распределению тепла, что критически важно для эффективного управления температурным режимом », - сказал он.
Устройства DA914X-A обеспечивают уровни тока до 40 ампер и считаются чрезвычайно энергоэффективными, что снижает проблемы теплового проектирования при питании сложных автомобильных SoC с очень высокими требованиями к току. Это делает семейство продуктов подходящим для работы с графикой или встроенными процессорами искусственного интеллекта, используемыми в приложениях машинного обучения и машинного зрения для автономных транспортных средств.
Семейство продуктов DA914X-A для автомобильных приложений на базе искусственного интеллекта (Источник: Dialog Полупроводниковое)
В настоящее время семейство DA914X-A состоит из двух устройств: DA9141-A и DA9142-A. DA9141-A работает как одноканальный четырехфазный понижающий преобразователь. Преобразователь, обеспечивая выходной ток до 40 А, в то время как DA9142-A работает как одноканальный двухфазный понижающий преобразователь, обеспечивая выходной ток до 20 А. Все устройства имеют диапазон входного напряжения от 2.8 В до 5.5 В и диапазон выходного напряжения от 0.3 В до 1.3 В, что делает их пригодными для различных систем с низким энергопотреблением.
Ключевые особенности продуктов DA914X-A включают многофазную работу для улучшения переходных характеристик, более низкие потери, лучшую эффективность, оптимизированное рассеяние тепла и минимальные пульсации тока и напряжения по сравнению с однофазной архитектурой. Он также предлагает распределенное рассеивание мощности для более равномерного распределения тепла и эффективного управления температурным режимом. Другие функции включают дистанционное зондирование, полностью программируемый плавный запуск и настраиваемые GPIO, которые включают поддержку I2C, DVC и индикатора Power Good.
Семейство также предлагает динамическое управление напряжением, которое позволяет адаптивно регулировать напряжение питания в зависимости от нагрузки, что повышает эффективность, когда нижестоящая схема переходит в режим пониженного энергопотребления или холостого хода, что приводит к экономии энергии, заявили в компании.
Устройства DA914X-A соответствуют требованиям AEC-Q100 Grade 1 и доступны в
4.5-контактный корпус FC-BGA размером 7.0 × 0.6 мм, шаг 60 мм. Также доступны промышленные / коммерческие версии.
Renesas Electronics также предлагает новый высокоинтегрированный PMIC для процессоров AI, хотя он и предназначен для промышленных приложений. Девятиканальный PMIC RAA215300 дополняет микропроцессоры Renesas RZ / V2L и RZ / G2L (MPU), разработанные для приложений с поддержкой AI.
Лам сказал, что новый PMIC RAA215300 хорошо подходит для периферийных приложений искусственного интеллекта. «Он обеспечивает до 15% более высокий КПД, чем решения конкурентов, а быстрый переходный отклик нагрузки поддерживает приложения RZ MPU и DRP-AI, не требуя дополнительных выходных конденсаторов, а также предоставляет полные решения питания DDR4 и DDR3L, включая VDDQ, Поддерживает VTT, VREF и VPP, сводя к минимуму количество компонентов и размер решения ».
Кроме того, функции подавления электромагнитных помех и шумоподавления упрощают проектирование подсистем RF, видео и аудио, предназначенных для высококачественных продуктов AI для распознавания изображений и голоса, сказал он.
RAA215300 сочетает в себе шесть понижающих стабилизаторов (с поддержкой 5 А, 3.5 А, 2 × 1.5 А, 1 А, 0.6 А), три LDO (с поддержкой 2 × 300 мА, 50 мА), часы реального времени и монетный элемент. зарядное устройство supercap. Такой высокий уровень интеграции снижает сложность конструкции и увеличивает надежность системы за счет меньшего количества компонентов на плате. Он поддерживает память DDR4, DDR4L, DDR3 и DDR3L с выделенными направляющими VREF, VTT и VPP. PMIC также позволяет использовать четырехслойные печатные платы (PCB), что снижает затраты.
Девятиканальный PMIC RAA215300 для промышленных приложений искусственного интеллекта (Источник: Renesas Electronics)
Устройство настраивается с помощью встроенной EEPROM. Диапазон рабочих температур составляет от -40 ° C до 105 ° C для промышленного применения. Среди других функций - расширенный спектр для уменьшения электромагнитных помех для радиочастотных приложений, ультразвуковой режим для устранения слышимого шума в микрофонах или динамиках, а также встроенный сторожевой таймер для безопасного включения системы перед запуском любого программного обеспечения.
RAA215300 сочетается с RZ/G2L, RZ/V2L и некоторыми другими предложениями Renesas, образуя выигрышную комбинацию для создания масштабируемой системы SMARC (Smart Mobility ARchitecture).модуль (SoM) с дизайном ИИ. В дополнение к Renesas MPU и PMIC в эту выигрышную комбинацию входят контроллеры питания, контроллер USB PD и устройство синхронизации.
Образцы поставок RAA215300 доступны уже сейчас, а массовое производство планируется начать в первом квартале 2022 года.
Производители PMIC также поставляют новые ИС питания для коммуникационного и сетевого оборудования, серверов и хранилищ. Одним из примеров является многофазный набор микросхем AI от Сентенция Integrated Products, Inc. Этот набор микросхем поддерживает аппаратные ускорители искусственного интеллекта, включая графические процессоры, FPGA, ASIC и xPU, чтобы повысить эффективность решения и уменьшить размер решения, сказал Стивен Чен, директор по управлению бизнесом бизнес-подразделения облачных вычислений и центров обработки данных компании Maxim Integrated.
MAX16602 AI-ядра с двойным выходным напряжением регулятор а интеллектуальная микросхема силового каскада MAX20790 обеспечивает высокую эффективность и небольшой общий размер решения для мощных систем искусственного интеллекта. Чипсет использует текущую функцию подавления пульсаций запатентованной технологии Maxim. Индуктор, заявляя об увеличении КПД на 95% по сравнению с решениями конкурентов, что означает КПД более 1.8% при выходном напряжении 200 В и нагрузке XNUMX А.
«Существует ненасытная жажда вычислений, - сказал Чен. «ИС управления питанием должны обеспечивать высокую эффективность и поддерживать высокий ток с помощью высокоскоростной шины управления питанием. Новые PMIC должны обеспечивать возможность решения ИИ заказчика, понимая, насколько важны требования к мощности и функциям ».
Чен сказал, что к PMIC предъявляются несколько новых требований, ведущие к необходимости поддержки высокого тока (> 500 А) с высокой эффективностью, улучшенной переходной характеристикой и низким током покоя. Другие требования включают телеметрию через PMBus, функции защиты, размер решения, соответствующий форм-фактору, охлаждение и подачу питания для оптимизации производительности.
Новый чипсет отвечает всем этим требованиям. Решение масштабируется от 2 до 16 фаз для различных требований к выходному току (тепловой расчетный ток обычно составляет от 60 до 800 А или более), а низкопрофильный (<4 мм) соединенный индуктор настраивается для поддержки нескольких форм-факторов, таких как экспресс-соединение периферийных компонентов (PCIe) и модули ускорения OCP (OAM).
Говорят, что системы искусственного интеллекта, реализованные на многофазных чипсетах MAX16602 и MAX20790, выделяют меньше тепла по сравнению с конкурирующими решениями. Благодаря спаренному индуктору Максима technology и монолитные интегрированные микросхемы двухстороннего охлаждения, потери мощности сокращаются в результате снижения частоты переключения на 50 процентов.
Плата MAX16602CL8EVKIT (Источник: Maxim Integrated)
Maxim Integrated также отметила, что монолитный интегрированный подход «практически исключает паразитное сопротивление и индуктивность между полевыми транзисторами и драйверами» для достижения высокой эффективности.
В MAX16602 со связанными катушками индуктивности и интеллектуальными ИС силовых каскадов реализованы высокоэффективные стабилизаторы сердечника с улучшенной переходной характеристикой и низким током покоя, а архитектура помогает сократить количество компонентов и обеспечивает расширенное управление питанием и телеметрию, а также увеличивает экономию энергии во всем диапазоне нагрузок. Параметры регулятора для защиты и отключения можно устанавливать и контролировать через последовательный интерфейс с использованием протокола PMBus.
Устройства MAX16602 и MAX20790 доступны на веб-сайте Maxim Integrated (включая образцы) и у официальных дистрибьюторов.
о Dialog SemiconductorMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America