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高速运算衍生功耗新挑战 英飞凌OptiMOS 6高能源效率化解困境

  • 赖品如

AI、5G、大数据带动智能化浪潮,服务器、网通设备、消费性产品的效能快速提升,在此同时,这些智能化装置也对内部的电源管理有更高需求。半导体大厂英飞凌(Infineon)近期推出的TDA21570与TDA21590两款OptiMOS 6系列产品,不仅强化了能源效率,更透过电流镜与智能报错机制设计,优化系统与设备的运作效率。

英飞凌科技(大中华区)电源及传感系统事业部 行销部协理Jerry Hsieh指出,AI与5G是科技产业近年来两大发展焦点,这两项技术都对系统的功耗设计带来新挑战。

英飞凌科技(大中华区)电源及传感系统事业部 行销部协理Jerry Hsieh。英飞凌

英飞凌科技(大中华区)电源及传感系统事业部 行销部协理Jerry Hsieh。英飞凌

在AI部分,目前服务器主要负责演算法中训练(Training)工作,模型训练需要运算大量数据,因此耗电本就高,再加上GPU为多核心并联运算,其电源需求也会随着核心数量扩充而增加。

5G方面,此标准的重点诉求是大带宽、广连结、低延迟三大应用,但不管哪类应用都会产生庞大的数据量,因此系统会让基站具备AI能力,先一步筛选数据,以降低带宽负荷和後端运算系统的负载。由此来看,AI与5G的运算是相互推升,随着这两者技术的普及,系统的平均功耗上升功将大幅上升。

不过Jerry表示,近年来半导体制程逐渐逼近物理极限,IC的空间尺寸欲小不易,在此状态下,功率元件的效率必须更佳、密度要更高,否则处理器长期处於高温,设备的效能将大打折扣。

除了平均功耗外,现在业者遇到的另一问题是瞬间超载,电子设备瞬间电流超载是常见状况,过去的电源管理芯片也都有连结机制,回报处理器超载信息,但现在设备应用越来越多元,电流超载频率渐高,回报机制如果速度不够快、信息不够精准,将导致处理器产生误动作,影响设备效能。

为协助系统与设备厂商解决此问题,英飞凌的OptiMOS 6系列产品特意强化相关功能。Jerry提到,英飞凌的OptiMOS系列是包含了晶体管驱动芯片与上/下管功率晶体管的Power Stage产品,之前每一代产品都会提升20~30%的FOM(品质因素),TDA21570与TDA21590的输出直流电流能力,就分别为70安培与90安培,输入电源范围则为4.25v到5.5v,可满足多数机房与高端消费性设备需求。

为了解决瞬间超载问题,TDA21570与TDA21590设计了电流镜。之前的Power Stage是透过MOSFET内的阻抗,侦侧电流电压,不过阻抗容易受温度、操作电压、寿命等因素影响电流数据准确度,OptiMOS 6系列则是以同等比例级数在内部设置大小两个MOSFET,将通过小MOSFET的电流数值乘上比例,就可得出大MOSFET的正确数据。

此作法除了可不受外在变因影响,将电流误差率从以往的±5%提升到±3%,让处理器接收的数值更精确外,电流镜带来的稳定精准电流,也有助於优化验证工作,进而缩短产品开发期程。

另外TDA21570与TDA21590也附加了智能报错机制,Jerry表示,多数电源产品都会有报错功能,在机器过温、过压、过电流时通知处理器,但由於处理器的电流需求大,因此会与多颗电源IC连结,当系统告知出错时,工程师往往不知这些并联的电源IC哪一颗出错,英飞凌智能报错机制则的可明确显示出错IC的位置与状况,协助工程师快速解决问题。

Jerry指出,2017年英飞凌推出上一代OptiMOS推出至今,全球销售量已超过5亿颗,稳定的品质深获客户信赖,OptiMOS 6系列TDA21570与TDA21590,也都奠基於此一高品质稳定制程基础,可以充分满足服务器、网通设备、高端消费型电子产品的新时代电源需求,目前TDA21570已经量产,TDA21590则即将进入量产,业者可藉由这两个新时代Power Stage,强化产品效能与可靠度,优化市场竞争力。