¿Pueden los reguladores de voltaje integrados hacerse cargo del suministro de energía de la IA?

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Incluso si los chips de IA en los centros de datos consumen cada vez más energía, no están solos. Los requisitos de energía de CPU, GPU, FPGA, SoC y todo lo demás también siguen aumentando.

En este contexto, cada vez resulta más difícil entregar la corriente adecuada a través del “último centímetro” de la red de suministro de energía (PDN), que se extiende a lo largo de la placa de circuito impreso (PCB), hasta la carga misma. Es responsabilidad del regulador de voltaje (VR) suministrar grandes cantidades de corriente a la carga y luego proporcionarla a voltajes muy pequeños que el sistema en chip (SoC) utiliza para operar de la manera más eficiente y confiable posible en condiciones dinámicas. Condiciones de carga.

Sin embargo, existen muchos obstáculos que impiden suministrar energía limpia y estable a la carga. Para evitar que el ruido y las ondulaciones afecten la integridad de la energía (PI) del PDN, es común operarlo a un voltaje más alto, lo que desafortunadamente desperdicia energía.

"En última instancia, se establece un voltaje de suministro más alto para compensar cualquier caída que se produzca, pero si se tiene una caída de voltaje mayor y menor, se puede ejecutar efectivamente la carga a un voltaje más bajo", dijo Mukund Krishna de Empower Semiconductor, un chip de energía. puesta en marcha .

Empower busca reemplazar las soluciones tradicionales de gestión de energía con el Regulador de Voltaje Integrado (IVR). El IVR incluye todo el regulador de voltaje en un solo chip. Dado que integra la mayoría de los elementos magnéticos y pasivos responsables de regular la energía cuando ingresa al punto de carga (POL), se puede colocar muy cerca o incluso debajo del procesador para ahorrar energía adicional.

El secreto del IVR de Empower es su velocidad. Los chips pueden operar en órdenes de magnitud de frecuencias más altas, lo que les brinda una respuesta transitoria más rápida y un mayor ancho de banda, lo que les permite ajustar más rápidamente el voltaje de suministro de la carga.

"Esta velocidad, en última instancia, permite una utilización más eficiente", dijo Krishna, gerente senior de marketing de productos de Empower. Las frecuencias más altas también reducen la cantidad de inductores e imanes que deben colocarse frente a la carga, lo que permite la integración o eliminación de estos componentes grandes y altos.

Con el respaldo de más de 75 millones de dólares en financiación, Empower ha lanzado al mercado varios circuitos integrados de gestión de energía de alta densidad en los últimos años. Están diseñados para una potencia de hasta decenas de vatios. Sin embargo, la compañía confía en lograr un gran éxito al actualizar la tecnología IVR para GPU que consumen mucha energía y otros chips de IA gigantes que pueden consumir más de 1000 W.

¿Por qué la integridad del poder se está convirtiendo en un problema?

Mientras que una fuente de alimentación distribuye energía a través de centros de datos, fábricas u otros sistemas electrónicos e integrados, el regulador de voltaje es la última etapa que encuentra antes de ingresar a la carga misma.

Pero llevar el poder a todos los ámbitos hasta la línea de meta se convierte en una tarea mucho más desalentadora. Uno de los problemas surge del hecho de que cada vez más empresas de semiconductores están migrando a nodos de 16 nm y más avanzados. Estas tecnologías de proceso tienen inherentemente limitaciones estrictas en los voltajes operativos centrales para limitar el consumo de energía de los transistores FinFET dentro de ellas.

Krishna señaló que "1 V ayer, 0,8 V hoy y 0,5 y 0,6 V son el futuro para los ASIC de alto rendimiento".

Esto significa que los reguladores de tensión tienen una tolerancia a errores significativamente menor. Incluso una diferencia de sólo 50 mV en el voltaje de suministro puede resultar en una reducción "no trivial" en la eficiencia de un procesador, dijo Krishna.