แอปพลิเคชันปัญญาประดิษฐ์ (AI) ต้องการพลังงานที่สูงขึ้นและการประมวลผลที่เร็วขึ้น ซึ่งขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในการออกแบบ IC การจัดการพลังงาน (PMIC) ข้อกำหนดใหม่เหล่านี้มีตั้งแต่การสนับสนุนในปัจจุบันที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ไปจนถึงการจัดการระบายความร้อนที่ดีขึ้นและขนาดโซลูชันที่เล็กลง
พลัง IC ผู้ผลิตต่างเห็นพ้องกันว่าความสามารถของ AI นั้นกำลังผลักดันข้อกำหนดใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านประสิทธิภาพ การตอบสนองชั่วคราว และขนาดของโซลูชัน ข้อกำหนดเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อทุกกลุ่มตลาด ไม่ว่าจะเป็นยานยนต์ อุตสาหกรรม หรือแอพพลิเคชั่นศูนย์ข้อมูล
“การนำ Edge AI มาใช้อย่างรวดเร็ว เช่น อุปกรณ์ปลายทางที่รวมความสามารถของ AI ทำให้เกิดความต้องการ PMIC ที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์เหล่านั้นที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อยืดอายุแบตเตอรี่ ขนาดของโซลูชันที่เล็ก เนื่องจากแอปพลิเคชันส่วนใหญ่มีข้อจำกัดด้านขนาด ความสามารถชั่วคราวในการโหลดที่รวดเร็ว ซึ่งไม่ต้องการตัวเก็บประจุเพิ่มเติมในแอปพลิเคชัน ดังนั้นอีกครั้ง ขนาดโซลูชันที่ลดลง และรอยเท้า EMI ต่ำ เนื่องจากแอปพลิเคชันปลายทางมักประกอบด้วย RF และอาจเป็นความสามารถด้านวิดีโอและเสียงที่ไวต่อสัญญาณรบกวน” James Lam ผู้จัดการฝ่ายการตลาดผลิตภัณฑ์อาวุโสกล่าว Renesas Electronics คอร์ป
สำหรับการใช้งานยานยนต์ ความต้องการพลังงานที่สูงขึ้นและการประมวลผลที่เร็วขึ้นคือสองสิ่งสำคัญที่ต้องมี “แอปพลิเคชัน AI ต้องการพลังงานที่สูงขึ้นอย่างมาก และยังต้องการการตอบสนองที่รวดเร็วมากในการส่งพลังงาน เมื่อเทียบกับการประมวลผลแบบเดิม” Tom Sandoval รองประธานอาวุโส GM ภาคส่วนธุรกิจยานยนต์ของ Dialog กล่าว สารกึ่งตัวนำ. “โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ ADAS [ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง] และ AI “อัตราเฟรม” นั้นสูงมาก ซึ่งเป็นจุดที่สแนปชอตแต่ละสถานการณ์ที่กล้องจับต้องอาศัยการประมวลผลที่เร็วขึ้นและมีจำนวนมากขึ้น”
Sandoval กล่าวว่าสิ่งนี้มีผลกระทบสองประการต่อการจัดการพลังงาน “อันดับหนึ่ง คอร์แต่ละคอร์ใน SoC ประมวลผลข้อมูลนี้เพิ่มขึ้นเป็นตัวเลขเพื่อประมวลผลข้อมูลที่เพิ่มขึ้นแบบคู่ขนานและด้วยความเร็วที่เร็วขึ้น ซึ่งหมายความว่าข้อกำหนดปัจจุบันโดยรวมสำหรับ SoC นั้นสูงกว่ามาก ประการที่ XNUMX คอร์ที่เพิ่มความเร็วในการประมวลผลหมายถึงกระแสและ แรงดันไฟฟ้า ขอบการเปลี่ยนภาพเร็วกว่ามาก” เขากล่าว
อุปกรณ์หลายเฟส DA914X-A ใหม่ของ Dialog ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับแอปพลิเคชันประเภทนี้ Sandoval กล่าวว่า "พวกมันมีประสิทธิภาพชั่วคราวที่ดีกว่า การสูญเสียที่ต่ำกว่า ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น การกระจายความร้อนที่เหมาะสมที่สุด และกระแสกระเพื่อมและแรงดันไฟฟ้าที่น้อยที่สุดเมื่อเทียบกับเฟสเดียวของคู่แข่ง" Sandoval กล่าว
Dialog ออกแบบผลิตภัณฑ์ในตระกูล DA914X-A ของตัวแปลง DC/DC (buck) แบบสเต็ปดาวน์กระแสสูง เกรดยานยนต์ สำหรับการใช้งานยานยนต์ที่ใช้ AI กลุ่มผลิตภัณฑ์ DA914X-A ที่กำหนดเป้าหมายไปยัง AI SoC สำหรับยานยนต์ เป็นทางเลือกแทนโซลูชันด้านพลังงานที่ต้องใช้ตัวควบคุมกำลังไฟฟ้าและ FET แบบแยกส่วน ตระกูลใหม่นี้รวม FET กำลังไฟและตรรกะการควบคุมที่จำเป็นทั้งหมดไว้ในอุปกรณ์เสาหินแบบบูรณาการสูง จำเป็นต้องมีส่วนประกอบภายนอกเพียงเล็กน้อยสำหรับการทำงาน ซึ่งช่วยลดต้นทุนรายการวัสดุของระบบและขนาดโซลูชันที่ต่ำกว่า 170 มม.2ตาม บริษัท
Sandoval กล่าวว่าลูกค้าจำนวนมากใช้ชุดส่วนประกอบแบบแยกส่วน แต่ตระกูล DA914X สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้ใน PMIC แบบเสาเดียวที่มีขนาดเล็กกว่า ต้นทุนที่ต่ำกว่า และความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น
“เมื่อเทียบกับคู่แข่ง DA9141-A มีราคา PCB ที่ต่ำกว่าและความสูงของส่วนประกอบโดยรวมที่ต่ำกว่าสำหรับการใช้งานที่มีโปรไฟล์ต่ำ มีความยืดหยุ่นมากขึ้น ให้โอกาสในการวางตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุอย่างเหมาะสมที่สุดใกล้กับจุดโหลด และมีการกระจายพลังงานแบบกระจาย ส่งผลให้มีการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งสำคัญต่อการจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ” เขากล่าว
อุปกรณ์ DA914X-A ให้กระแสไฟสูงถึง 40 แอมป์ และได้รับการกล่าวขานว่ามีประสิทธิภาพด้านพลังงานอย่างมาก ช่วยลดความท้าทายในการออกแบบระบบระบายความร้อนในการจ่ายไฟให้กับ SoC ยานยนต์ที่ซับซ้อนซึ่งมีความต้องการกระแสไฟสูงมาก ทำให้กลุ่มผลิตภัณฑ์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขับเคลื่อนกราฟิกหรือโปรเซสเซอร์ฝังตัว AI ที่ใช้ในการเรียนรู้ด้วยเครื่องและแอปพลิเคชันวิชันซิสเต็มสำหรับยานยนต์ที่เป็นอิสระ
กลุ่มผลิตภัณฑ์ DA914X-A สำหรับการใช้งานยานยนต์ที่ใช้ AI (ที่มา: Dialog สารกึ่งตัวนำ)
DA914X-A ในปัจจุบันประกอบด้วยอุปกรณ์สองเครื่อง: DA9141-A และ DA9142-A DA9141-A ทำงานเป็นบัคสี่เฟสช่องสัญญาณเดียว Converterโดยให้กระแสไฟเอาท์พุตสูงสุด 40-A ในขณะที่ DA9142-A ทำงานเป็นตัวแปลงบั๊กคอนเวอร์เตอร์ช่องสัญญาณเดี่ยวแบบสองเฟส โดยให้กระแสไฟขาออกสูงสุด 20-A อุปกรณ์ทั้งหมดมีช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุต 2.8 V ถึง 5.5 V และช่วงแรงดันเอาต์พุต 0.3 V ถึง 1.3 V ทำให้เหมาะสำหรับระบบพลังงานต่ำที่หลากหลาย
คุณสมบัติหลักของผลิตภัณฑ์ DA914X-A ได้แก่ การทำงานแบบหลายเฟสเพื่อประสิทธิภาพชั่วคราวที่ดีขึ้น การสูญเสียที่ต่ำกว่า ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น การระบายความร้อนที่เหมาะสมที่สุด และกระแสกระเพื่อมและแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับสถาปัตยกรรมแบบเฟสเดียว นอกจากนี้ยังมีการกระจายพลังงานแบบกระจายเพื่อการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้นและการจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ คุณสมบัติอื่นๆ ได้แก่ การตรวจจับระยะไกล ซอฟต์สตาร์ทที่ตั้งโปรแกรมได้อย่างสมบูรณ์ และ GPIO ที่กำหนดค่าได้ ซึ่งรวมถึงการรองรับตัวบ่งชี้ I2C, DVC และ Power Good
ครอบครัวยังมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกที่ช่วยให้สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายได้ตามโหลดซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพเมื่อวงจรดาวน์สตรีมเข้าสู่โหมดพลังงานต่ำหรือไม่ได้ใช้งานซึ่งส่งผลให้ประหยัดพลังงานได้
อุปกรณ์ DA914X-A ผ่านการรับรองมาตรฐาน AEC-Q100 เกรด 1 และมีจำหน่ายใน a
แพ็คเกจ FC-BGA ขนาด 4.5 พิน 7.0 × 0.6 มม. ระยะพิทช์ 60 มม. นอกจากนี้ยังมีเวอร์ชันสำหรับอุตสาหกรรม/เชิงพาณิชย์อีกด้วย
Renesas Electronics ยังเสนอ PMIC แบบบูรณาการขั้นสูงสำหรับโปรเซสเซอร์ AI แม้ว่าจะมุ่งเป้าไปที่การใช้งานในอุตสาหกรรม RAA215300 2 ช่องสัญญาณ PMIC ช่วยเสริมไมโครโปรเซสเซอร์ RZ/V2L และ RZ/GXNUMXL ของ Renesas ที่ออกแบบมาสำหรับแอปพลิเคชันที่เปิดใช้งาน AI
Lam กล่าวว่า RAA215300 PMIC ใหม่นี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งาน edge AI “มันให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่าโซลูชันด้านพลังงานของคู่แข่งสูงสุดถึง 15% และการตอบสนองชั่วคราวของโหลดที่รวดเร็วนั้นรองรับแอปพลิเคชั่น RZ MPU และ DRP-AI โดยไม่ต้องใช้ตัวเก็บประจุเอาต์พุตเพิ่มเติม และยังให้โซลูชันพลังงาน DDR4 และ DDR3L ที่สมบูรณ์รวมถึง VDDQ, รองรับ VTT, VREF และ VPP ลดจำนวนส่วนประกอบและขนาดโซลูชัน”
นอกจากนี้ คุณสมบัติการลดการเชื่อมต่อของ EMI และสัญญาณรบกวนช่วยลดความซับซ้อนของการออกแบบระบบย่อย RF วิดีโอ และเสียงที่กำหนดเป้าหมายสำหรับผลิตภัณฑ์ AI การจดจำภาพและเสียงคุณภาพสูง
RAA215300 รวมตัวควบคุมบั๊กหกตัว (รองรับ 5 A, 3.5 A, 2 × 1.5 A, 1 A, 0.6 A), LDO สามตัว (รองรับ 2 × 300 mA, 50 mA), นาฬิกาแบบเรียลไทม์ และเซลล์แบบเหรียญ/ ที่ชาร์จซุปเปอร์แคป การบูรณาการระดับสูงในระดับนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบและเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบด้วยส่วนประกอบที่น้อยลงบนบอร์ด รองรับหน่วยความจำ DDR4, DDR4L, DDR3 และ DDR3L พร้อมราง VREF, VTT และ VPP เฉพาะ PMIC ยังเปิดใช้งานแผงวงจรพิมพ์สี่ชั้น (PCB) ซึ่งช่วยลดต้นทุน
RAA215300 XNUMX ช่องสัญญาณ PMIC สำหรับการใช้งาน AI ในอุตสาหกรรม (ที่มา: Renesas Electronics)
อุปกรณ์สามารถกำหนดค่าได้ด้วย EEPROM ในตัว ช่วงอุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ -40 °C ถึง 105 °C สำหรับงานอุตสาหกรรม คุณสมบัติอื่นๆ ได้แก่ สเปรดสเปกตรัมเพื่อลด EMI สำหรับแอปพลิเคชัน RF โหมดอัลตราโซนิกเพื่อกำจัดการมีเพศสัมพันธ์กับเสียงในไมโครโฟนหรือลำโพง และตัวจับเวลาเฝ้าระวังในตัวสำหรับเปิดระบบที่ปลอดภัยก่อนที่ซอฟต์แวร์ใดๆ จะทำงาน
RAA215300 จับคู่กับ RZ/G2L, RZ/V2L และข้อเสนออื่นๆ ของ Renesas ในชุดค่าผสมที่ชนะเลิศสำหรับระบบ SMARC (Smart Mobility ARChitecture) ที่ปรับขนาดได้โมดูล (SoM) พร้อมการออกแบบ AI นอกเหนือจาก Renesas MPU และ PMIC แล้ว Winning Combine ยังรวมถึงตัวควบคุมกำลัง ตัวควบคุม USB PD และอุปกรณ์นาฬิกา
การจัดส่งตัวอย่างของ RAA215300 มีวางจำหน่ายแล้ว และการผลิตจำนวนมากมีกำหนดจะเริ่มในไตรมาสแรกของปี 2022
ผู้ผลิต PMIC ยังส่งมอบไอซีกำลังใหม่สำหรับอุปกรณ์สื่อสารและเครือข่าย เซิร์ฟเวอร์ และพื้นที่เก็บข้อมูล ตัวอย่างหนึ่งคือชิปเซ็ต AI แบบหลายเฟสจาก สูงสุด Integrated Products, Inc. ชิปเซ็ตนี้ขับเคลื่อนตัวเร่งฮาร์ดแวร์ AI ซึ่งรวมถึง GPU, FPGA, ASIC และ xPU เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโซลูชันและลดขนาดโซลูชัน Steven Chen ผู้อำนวยการฝ่ายจัดการธุรกิจสำหรับหน่วยธุรกิจ Cloud และ Data Center ของ Maxim Integrated กล่าว
MAX16602 AI cores แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตคู่ เครื่องควบคุม และ IC เวทีพลังงานอัจฉริยะ MAX20790 มอบประสิทธิภาพสูงและขนาดโซลูชันรวมที่เล็กสำหรับระบบ AI กำลังสูง ชิปเซ็ตใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการยกเลิกระลอกคลื่นในปัจจุบันจากคู่ที่จดสิทธิบัตรของ Maxim Inductorโดยอ้างว่ามีการปรับปรุงประสิทธิภาพหนึ่งเปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับโซลูชันของคู่แข่ง ซึ่งแปลเป็นประสิทธิภาพมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ที่แรงดันไฟขาออก 1.8-V และสภาวะโหลด 200-A
“มีความกระหายที่ไม่รู้จักพอสำหรับการคำนวณ” เฉินกล่าว “ไอซีการจัดการพลังงานจำเป็นต้องได้รับประสิทธิภาพสูงและรองรับกระแสไฟสูงด้วยบัสการจัดการพลังงานความเร็วสูง PMIC ใหม่จำเป็นต้องเปิดใช้งานโซลูชัน AI ของลูกค้าโดยทำความเข้าใจจุดที่น่าสนใจของความต้องการด้านพลังงานและคุณสมบัติ”
Chen กล่าวว่ามีข้อกำหนดใหม่หลายประการสำหรับ PMIC ซึ่งนำไปสู่ความต้องการการสนับสนุนกระแสไฟสูง (>500 A) ที่มีประสิทธิภาพสูง การตอบสนองชั่วคราวที่เพิ่มขึ้น และกระแสไฟนิ่งต่ำ ข้อกำหนดอื่นๆ ได้แก่ การวัดและส่งข้อมูลทางไกลผ่าน PMBus คุณสมบัติการป้องกัน ขนาดโซลูชันที่เหมาะสมกับฟอร์มแฟคเตอร์ การระบายความร้อน และการจ่ายพลังงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน
ชิปเซ็ตใหม่กระทบจุดเหล่านี้ทั้งหมด โซลูชันสามารถปรับขนาดได้ตั้งแต่ 2 ถึง 16 เฟสสำหรับความต้องการกระแสไฟขาออกที่แตกต่างกัน (กระแสการออกแบบทางความร้อนโดยทั่วไปคือ 60 A ถึง 800 A หรือมากกว่า) และตัวเหนี่ยวนำแบบคู่โปรไฟล์ต่ำ (<4 มม.) สามารถปรับแต่งได้เพื่อรองรับปัจจัยรูปแบบต่างๆ เช่น ส่วนประกอบต่อพ่วง interconnect express (PCIe) และโมดูลตัวเร่งความเร็ว OCP (OAM)
ว่ากันว่าระบบ AI ที่ใช้งานกับชิปเซ็ตหลายเฟส MAX16602 และ MAX20790 จะสร้างความร้อนน้อยกว่าเมื่อเทียบกับโซลูชันของคู่แข่ง ขอบคุณตัวเหนี่ยวนำคู่ของ Maxim เทคโนโลยี และไอซีสเตจพลังงานความเย็นแบบสองด้านแบบรวมเสาหิน การสูญเสียพลังงานลดลงอันเป็นผลจากความถี่ในการสวิตชิ่งที่ลดลง 50 เปอร์เซ็นต์
บอร์ด MAX16602CL8EVKIT (ที่มา: Maxim Integrated)
Maxim Integrated ยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าวิธีการบูรณาการแบบเสาหิน "ช่วยลดความต้านทานปรสิตและการเหนี่ยวนำระหว่าง FET และไดรเวอร์" ในทางปฏิบัติเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูง
MAX16602 ที่มีตัวเหนี่ยวนำควบคู่และ IC ระยะกำลังอัจฉริยะใช้ตัวควบคุมหลักที่มีประสิทธิภาพสูงพร้อมการตอบสนองชั่วคราวที่เพิ่มขึ้นและกระแสไฟที่นิ่งต่ำและสถาปัตยกรรมช่วยลดจำนวนส่วนประกอบและเปิดใช้งานการจัดการพลังงานขั้นสูงและ telemetry และเพิ่มการประหยัดพลังงานในช่วงโหลดเต็ม พารามิเตอร์ควบคุมสำหรับการป้องกันและการปิดระบบสามารถตั้งค่าและตรวจสอบได้ผ่านอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมโดยใช้โปรโตคอล PMBus
อุปกรณ์ MAX16602 และ MAX20790 มีจำหน่ายที่เว็บไซต์ของ Maxim Integrated (รวมถึงตัวอย่าง) และตัวแทนจำหน่ายที่ได้รับอนุญาต
เกี่ยวกับ Dialog SemiconductorMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America