česky english Vítejte, dnes je úterý 23. říjen 2018

Dodat procesoru 48 V znamená klesnout z 200 A na pouhé čtyři

DPS 1/2018 | Vývoj - články
Autor: Ing. Jan Robenek

V režii společnosti Vicor se budou se zkratkami CPU, GPU nebo ASIC, zkráceně „XPU“, vhodně doplňovat přinejmenším ještě další dvě: MCM (Modular Current Multiplier) a MCD (Modular Current Driver).

Půjde o modulární budiče a „násobičky“ proudu sloužící k napájení zmiňovaných procesorů s vysokými proudovými odběry s cílem snížit počet zabraných pinů patice XPU a především pak vyloučit ztráty spojované s průtokem proudu ze základní desky až do procesoru. Výrobce své řešení z obr. 1 nazývá „Power-on-Package“ [1]. V čem bude pro vývojáře užitečné?

Dodat procesoru 48 V znamená klesnout z 200 A na pouhé čtyři

Kam až vede poslední milimetr

Napájení systémů autonomních vozidel, umělé inteligence, strojového učení nebo „těžby“ dat nebude jen tak, vždyť provozní odběry takových XPU zde mohou dosahovat až stovek ampér. Souhlasíme, principy známé jako „Point-of-Load“, s nimiž obvody osazujeme co nejblíž místa zátěže, sice řeší otázku ztrát při distribuci napájení napříč základní deskou, ale problematického koncového místa mezi motherboardem a procesorem se již nedotýkají. S rostoucími odběry však nesmíme zapomínat ani na tyto poslední milimetry, dokonce ani v rámci samotné patice.

Násobičky proudu MCM spojené bezprostředně se substrátem XPU jsou z vnějšího budiče MCD osazeného na základní desce buzeny pouze zlomkem zatěžovacího proudu, např. jeho 1/64. Aktuálně představené řešení se pak skládá ze dvou MCM a jednoho MCD umožňujících trvalou dodávku proudu do XPU až 320 A, špičkově dokonce úctyhodných 640 A.

Do páru s budičem a taky paralelně

Odběr procesoru se již nemusí tolik „dotýkat“ samotné patice, výrazně nám poklesnou ztráty na vedení, nesčetné piny, které dříve trvale řešily distribuci napájení, mohou nově posloužit vstupně výstupním funkcím, zjednoduší se též samotný návrh základní desky a opomenout nesmíme ani nižší minimální kapacity nezbytné k udržení napěťových limitů XPU. Rozdílný přístup vhodně ilustruje obr. 2.

Konkrétně vzato, násobičky MCM- 3208S59Z01A6C00, které budou svou hustotou výkonu vhodné pro zapouzdření společně s procesory, zajistí trvalých 160 A, jejich provedení SM-ChiP zabere jen 32 × 8 × 2,7 mm, pro obsloužení větší zátěže podporují paralelní řazení, zvládnou teplotní rozsah od –40 °C až do +125 °C a svou nízkou úrovní rušení nemusí ohrozit ani citlivější struktury okolo sebe. Na spolupracujících budičích MCD3509S60E59D0C01 určených k osazení prakticky „kdekoli“ na motherboardu zase naměříme 35 × 9 × 4,9 mm [2]. A jak se zdá, výrobce ještě neřekl poslední slovo. Máme se tedy na co těšit.

10 mm, 10 A

Napájecí zdroje tvoří velmi vděčné téma, zejména budou-li stále menší, účinnější, výkonnější a také důmyslnější. Jinak tomu není ani v případě dalších obvodů s logem firmy Vicor, tentokrát pro přímé napájení v místě zátěže, tzv. PoL, např. ze 48 V, ovšem s poněkud „menšími“ odběry. Pokud vyžadujeme rozsah vstupního napětí od 36 V až do 60 V, jmenovitá výstupní napětí 2,5 V, 3,3 V, 5,0 V nebo 12 V a ještě přitom očekáváme zatěžovací proudy okolo 10 A, mohla by se hodit rodina snižujících regulátorů PI354x-00-LGIZ Cool-Power ZVS. Zkratka v názvu zde odkazuje na topologii „Zero-Voltage Switching“ a dokumentace pak na rozměry součástky 10 × 10 mm. Tím to však zdaleka nekončí.

Dodat procesoru 48 V znamená klesnout z 200 A na pouhé čtyři 1

22 A výměnou za 4 mm délky

Výrobce se totiž rozhodl zvýšit proudovou zatížitelnost obvodů typu LGA prakticky na jednou tolik, jmenovité výstupy zachoval, rozsah vstupních napětí nadefinoval již od 30 V a stejná zůstala i jedna hrana pouzdra. Ta druhá se pak, přesně jak to pozorujeme na obr. 3, z původních 10 mm „natáhla“ o 4 mm. Výsledkem jsou novinky – SiP, 5V prvky PI3525-00-LGIZ s maximálním IOUT na úrovni 20 A doplněné 12V modely PI3526-00-LGIZ pro max. odběry 18 A [3].

Vše potřebné nabídne již sama struktura, která okolo sebe vyžaduje pouze indukčnost, odporový dělič a pár nezbytných kapacit. Paralelně přitom smíme řadit až trojici takových obvodů, a pokud by nestačilo ani to, zapojíme třeba nejnovější verzi ve stejném provedení o rozměrech 10 × 14 mm, avšak s výstupními 3,3 V a 22 A. Dokumentaci, a to nejen k takto vznikajícím obvodům PI3523-00-LGIZ, přináší opět stránky výrobce [4]. Ve výsledku tak pokrýváme výstupní rozsah od 2,2 V až do 14 V.

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik