Các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đòi hỏi năng lượng cao hơn và xử lý nhanh hơn, điều này đang dẫn đến một số thay đổi trong thiết kế của các IC quản lý năng lượng (PMIC). Các yêu cầu mới này bao gồm từ hỗ trợ hiện tại cao hơn và hiệu quả tốt hơn đến cải tiến quản lý nhiệt và kích thước giải pháp nhỏ hơn.
Power IC các nhà sản xuất đồng ý rằng các khả năng của AI đang thúc đẩy các yêu cầu mới, đặc biệt là về hiệu quả, phản ứng nhất thời và kích thước giải pháp. Những yêu cầu này tác động đến tất cả các phân khúc thị trường, cho dù đó là các ứng dụng ô tô, công nghiệp hay trung tâm dữ liệu.
“Việc nhanh chóng áp dụng AI tiên tiến, tức là các thiết bị điểm cuối tích hợp khả năng AI, tạo ra nhu cầu về các PMIC có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị đó với hiệu suất cao để kéo dài tuổi thọ pin, kích thước giải pháp nhỏ vì hầu hết các ứng dụng đều bị hạn chế về kích thước, khả năng tải nhanh nhất thời, mà không yêu cầu tụ điện bổ sung trong ứng dụng - một lần nữa, kích thước giải pháp giảm và dấu vết EMI thấp vì các ứng dụng điểm cuối thường bao gồm RF và có thể, khả năng video và âm thanh nhạy cảm với tiếng ồn, ”James Lam, giám đốc tiếp thị sản phẩm cấp cao, cho biết. Renesas Electronics Corp.
Đối với các ứng dụng ô tô, nhu cầu về năng lượng cao hơn và xử lý nhanh hơn là hai điều quan trọng cần phải có. Tom Sandoval, Phó chủ tịch cấp cao, GM, Bộ phận Kinh doanh Ô tô, Dialog, cho biết: “Các ứng dụng AI đòi hỏi năng lượng cao hơn đáng kể và cũng yêu cầu phản hồi rất nhanh để cung cấp năng lượng so với các xử lý thông thường. Semiconductor. “Đặc biệt đối với ADAS [hệ thống hỗ trợ người lái nâng cao] và AI,“ tốc độ khung hình ”cực kỳ cao, đây là lúc các ảnh chụp nhanh riêng lẻ của tình huống được máy ảnh chụp lại yêu cầu xử lý nhanh hơn và nhiều hơn.”
Sandoval cho biết điều này có hai tác động đến việc quản lý quyền lực. “Thứ nhất, các lõi riêng lẻ trong SoC xử lý dữ liệu này tăng số lượng để xử lý song song dữ liệu đã tăng và với tốc độ nhanh hơn. Điều này có nghĩa là các yêu cầu tổng thể hiện tại đối với SoC cao hơn nhiều. Thứ hai, tốc độ xử lý của các lõi tăng lên có nghĩa là dòng điện và Vôn các cạnh chuyển tiếp nhanh hơn nhiều, ”ông nói.
Các thiết bị đa pha DA914X-A mới của Dialog được tối ưu hóa cho loại ứng dụng này. Sandoval cho biết: “Chúng có hiệu suất thoáng qua tốt hơn, tổn thất thấp hơn, hiệu suất tốt hơn, tản nhiệt được tối ưu hóa, dòng điện và điện áp gợn sóng được giảm thiểu so với các thiết bị tương đương một pha của đối thủ cạnh tranh,” Sandoval nói.
Dialog đã thiết kế dòng sản phẩm DA914X-A gồm các bộ chuyển đổi DC / DC (buck) dòng điện cao, cấp ô tô cho các ứng dụng ô tô dựa trên AI. Nhắm mục tiêu các SoC AI dành cho ô tô, dòng DA914X-A là một giải pháp thay thế cho các giải pháp nguồn yêu cầu sự kết hợp của bộ điều khiển nguồn và các FET rời rạc. Họ mới tích hợp FETs nguồn và tất cả logic điều khiển cần thiết vào một thiết bị nguyên khối tích hợp cao. Chỉ cần một số thành phần bên ngoài để hoạt động, giúp giảm chi phí vật tư hệ thống và dấu chân giải pháp dưới 170 mm2, theo công ty.
Sandoval cho biết nhiều khách hàng sử dụng một bộ linh kiện rời nhưng dòng DA914X có thể đáp ứng những nhu cầu này trong một PMIC nguyên khối duy nhất với kích thước nhỏ hơn, chi phí thấp hơn và độ tin cậy cao hơn.
“Khi so sánh với đối thủ, DA9141-A có chi phí PCB thấp hơn và chiều cao thành phần tổng thể thấp hơn cho các ứng dụng cấu hình thấp; có tính linh hoạt hơn, mang đến cơ hội đặt các cuộn cảm và tụ điện gần với điểm tải một cách tối ưu và có sự tiêu tán công suất phân tán, dẫn đến phân phối nhiệt đều hơn - rất quan trọng để quản lý nhiệt hiệu quả, ”ông nói.
Thiết bị DA914X-A cung cấp mức dòng điện lên đến 40 ampe và được cho là cực kỳ hiệu quả về điện năng, giảm bớt những thách thức về thiết kế nhiệt khi cấp nguồn cho các SoC ô tô phức tạp với yêu cầu hiện tại rất cao. Điều này làm cho dòng sản phẩm này rất phù hợp để cung cấp năng lượng cho đồ họa hoặc bộ xử lý nhúng AI được sử dụng trong các ứng dụng máy học và thị giác cho các phương tiện tự hành.
Dòng sản phẩm DA914X-A dành cho các ứng dụng ô tô dựa trên AI (Nguồn: Dialog Semiconductor)
Dòng DA914X-A hiện bao gồm hai thiết bị: DA9141-A và DA9142-A. DA9141-A hoạt động như một buck bốn pha, một kênh chuyển đổi, cung cấp dòng điện đầu ra lên đến 40-A, trong khi DA9142-A hoạt động như một bộ chuyển đổi buck pha kép, một kênh, cung cấp dòng điện đầu ra lên đến 20-A. Tất cả các thiết bị đều có dải điện áp đầu vào từ 2.8 V đến 5.5 V và dải điện áp đầu ra từ 0.3 V đến 1.3 V, phù hợp với nhiều hệ thống công suất thấp.
Các tính năng chính của sản phẩm DA914X-A bao gồm hoạt động đa pha cho hiệu suất thoáng qua tốt hơn, tổn thất thấp hơn, hiệu quả tốt hơn, tản nhiệt được tối ưu hóa, dòng điện và điện áp được giảm thiểu khi so sánh với kiến trúc một pha. Nó cũng cung cấp khả năng tản nhiệt phân tán để phân phối nhiệt đều hơn và quản lý nhiệt hiệu quả. Các tính năng khác bao gồm cảm biến từ xa, khởi động mềm hoàn toàn có thể lập trình và các GPIO có thể định cấu hình bao gồm hỗ trợ I2C, DVC và chỉ báo Power Good.
Họ cũng cung cấp điều khiển điện áp động cho phép điều chỉnh thích ứng điện áp cung cấp phụ thuộc vào tải, giúp tăng hiệu suất khi mạch điện hạ lưu chuyển sang chế độ công suất thấp hoặc không tải, giúp tiết kiệm điện năng, công ty cho biết.
Các thiết bị DA914X-A đạt tiêu chuẩn AEC-Q100 Cấp 1 và có sẵn trong một
Gói FC-BGA 4.5 chân kích thước 7.0 × 0.6 mm, 60 mm. Các phiên bản cấp công nghiệp / thương mại cũng có sẵn.
Renesas Electronics cũng cung cấp một PMIC tích hợp cao mới cho các bộ xử lý AI, mặc dù nhằm vào các ứng dụng công nghiệp. RAA215300 chín kênh PMIC bổ sung cho các bộ vi xử lý RZ / V2L và RZ / G2L (MPU) của Renesas được thiết kế cho các ứng dụng hỗ trợ AI.
Lam cho biết RAA215300 PMIC mới rất phù hợp cho các ứng dụng AI tiên tiến. “Nó cung cấp hiệu suất cao hơn tới 15% so với các giải pháp cấp nguồn của đối thủ cạnh tranh và phản hồi tải nhanh chóng hỗ trợ các ứng dụng RZ MPU và DRP-AI mà không yêu cầu thêm tụ điện đầu ra, đồng thời nó cũng cung cấp các giải pháp nguồn DDR4 và DDR3L hoàn chỉnh bao gồm VDDQ, VTT, VREF và VPP hỗ trợ, giảm thiểu số lượng thành phần và kích thước giải pháp. ”
Ngoài ra, EMI và các tính năng giảm nhiễu khớp nối đơn giản hóa các thiết kế hệ thống phụ RF, video và âm thanh được nhắm mục tiêu cho các sản phẩm AI nhận dạng giọng nói và hình ảnh chất lượng cao, ông nói.
RAA215300 kết hợp sáu bộ điều chỉnh buck (hỗ trợ 5 A, 3.5 A, 2 × 1.5 A, 1 A, 0.6 A), ba LDO (hỗ trợ 2 × 300 mA, 50 mA), đồng hồ thời gian thực và ô đồng xu / sạc siêu tốc. Mức độ tích hợp cao này làm giảm độ phức tạp của thiết kế và tăng độ tin cậy của hệ thống với ít thành phần hơn trên bo mạch. Nó hỗ trợ bộ nhớ DDR4, DDR4L, DDR3 và DDR3L với các thanh VREF, VTT và VPP chuyên dụng. PMIC cũng cho phép các bảng mạch in (PCB) bốn lớp, giúp giảm chi phí.
RAA215300 chín kênh PMIC cho các ứng dụng AI công nghiệp (Nguồn: Renesas Electronics)
Thiết bị có thể được định cấu hình bằng EEPROM tích hợp. Phạm vi nhiệt độ hoạt động là -40 ° C đến 105 ° C cho các ứng dụng công nghiệp. Các tính năng khác bao gồm trải phổ để giảm EMI cho các ứng dụng RF, chế độ siêu âm để loại bỏ tiếng ồn âm thanh ghép vào micrô hoặc loa và bộ hẹn giờ cơ quan giám sát tích hợp để hệ thống an toàn khởi động trước khi chạy bất kỳ phần mềm nào ..
RAA215300 kết hợp với RZ/G2L, RZ/V2L và một số sản phẩm Renesas khác trong Sự kết hợp thành công cho hệ thống SMARC (Kiến trúc di động thông minh) có thể mở rộng trên-mô-đun (SoM) với thiết kế AI. Ngoài Renesas MPU và PMIC, Sự kết hợp Chiến thắng này còn bao gồm bộ điều khiển nguồn, bộ điều khiển USB PD và thiết bị đồng hồ.
Các lô hàng mẫu của RAA215300 hiện đã có sẵn và dự kiến sản xuất hàng loạt sẽ bắt đầu vào quý đầu tiên của năm 2022.
Các nhà sản xuất PMIC cũng đang cung cấp các IC nguồn mới cho thiết bị truyền thông và mạng, máy chủ và lưu trữ. Một ví dụ là chipset AI nhiều pha từ Châm ngôn Steven Chen, Giám đốc quản lý kinh doanh của Bộ phận Kinh doanh Trung tâm Dữ liệu và Đám mây tại Maxim Integrated cho biết chipset này hỗ trợ các bộ tăng tốc phần cứng AI bao gồm GPU, FPGA, ASIC và xPU để tăng hiệu quả giải pháp và giảm kích thước giải pháp.
Điện áp đầu ra kép lõi MAX16602 AI điều chỉnh và IC giai đoạn công suất thông minh MAX20790 mang lại hiệu suất cao và kích thước giải pháp tổng thể nhỏ cho các hệ thống AI công suất cao. Chipset tận dụng tính năng loại bỏ gợn sóng hiện tại từ kết hợp được cấp bằng sáng chế của Maxim Cuộn cảm, tuyên bố cải thiện hiệu suất một phần trăm so với các giải pháp cạnh tranh, chuyển thành hiệu suất cao hơn 95 phần trăm ở điện áp đầu ra 1.8 V và điều kiện tải 200-A.
Chen nói: “Có một sự khao khát vô độ đối với máy tính. “IC quản lý nguồn cần đạt được hiệu suất cao và hỗ trợ dòng điện cao với bus quản lý nguồn tốc độ cao. Các PMIC mới cần kích hoạt giải pháp AI của khách hàng bằng cách hiểu được điểm quan trọng của các yêu cầu về sức mạnh và tính năng. "
Chen cho biết có một số yêu cầu mới đối với PMIC, dẫn đến nhu cầu hỗ trợ dòng điện cao (> 500 A) với hiệu suất cao, đáp ứng thoáng qua nâng cao và dòng điện tĩnh thấp. Các yêu cầu khác bao gồm đo từ xa thông qua PMBus, các tính năng bảo vệ, kích thước giải pháp để phù hợp với hệ số hình thức, làm mát và phân phối điện để tối ưu hóa hiệu suất.
Chipset mới đánh vào tất cả những điểm này. Giải pháp có thể mở rộng từ 2 đến 16 pha cho các yêu cầu dòng điện đầu ra khác nhau (dòng thiết kế nhiệt thường là 60 A đến 800 A trở lên) và cuộn cảm được ghép nối cấu hình thấp (<4 mm) có thể tùy chỉnh để hỗ trợ nhiều yếu tố hình thức như mô-đun tăng tốc kết nối nhanh (PCIe) và mô-đun tăng tốc OCP (OAM) của thành phần ngoại vi.
Các hệ thống AI được triển khai bằng chipset nhiều pha MAX16602 và MAX20790 được cho là tạo ra ít nhiệt hơn so với các giải pháp cạnh tranh. Nhờ có cuộn cảm ghép của Maxim công nghệ và IC giai đoạn nguồn làm mát hai mặt tích hợp nguyên khối, tổn thất điện năng giảm do tần số chuyển mạch thấp hơn 50%.
Bo mạch MAX16602CL8EVKIT (Nguồn: Maxim Tích hợp)
Maxim Integrated cũng lưu ý rằng cách tiếp cận tích hợp nguyên khối "thực tế loại bỏ điện trở ký sinh và điện cảm giữa FET và trình điều khiển" để đạt được hiệu quả cao.
MAX16602 với các cuộn cảm kết hợp và IC tầng công suất thông minh triển khai bộ điều chỉnh lõi hiệu suất cao với phản ứng thoáng qua nâng cao và dòng điện tĩnh thấp và kiến trúc giúp giảm số lượng thành phần và cho phép quản lý điện năng nâng cao và đo từ xa, đồng thời tăng khả năng tiết kiệm năng lượng trên phạm vi tải đầy đủ. Các tham số của bộ điều chỉnh để bảo vệ và tắt máy có thể được thiết lập và giám sát thông qua giao diện nối tiếp sử dụng giao thức PMBus.
Các thiết bị MAX16602 và MAX20790 có sẵn tại trang web của Maxim Integrated (bao gồm cả các mẫu) và các nhà phân phối được ủy quyền của nó.
về Dialog SemiconductorMaxim IntegratedMaxim Integrated ProductsRenesas Electronics America