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

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。

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，以降低带宽负荷和后端运算系统的负载。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，否则处理器长期处于高温，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，也有助于优化验证工作，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，但由于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，也都奠基于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。