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AMP联盟:定义智能化、分布式数字电源生态系统的未来

Franklin Zhao?? 2014年11月18日 ?? 收藏0
半导体技术和性能指标的重大进步对电路板级电源基础设施带来了巨大影响。多电源轨半导体器件、FPGA、处理器和DSP等具有更高复杂性和管理的产品用于各个市场领域,包括医疗、工业、消费和测试及测量。半导体器件的几何尺寸进步,对容差和灵活架构的提出了更严格的要求,以支持动态核心电压调整。此外,高技术产品的电路板密度继续增加,然而,实施增量增长的电路板空间继续缩减,需要更大的功能和密度结合。

为了保证供应链安全性,为客户提供更多选择,避免为每项新产品重复研发共通的元器件,加快创新,以及加快效率提升,CUI、爱立信电源模块(Ericsson Power Modules)和村田(Murata)三家公司联合创立了名为现代电源架构(Architects of Modern Power, AMP)联盟的电源行业组织。现代电源架构(AMP)联盟发言人/CUI公司先进电源产品高级副总裁Mark Adams(图1)介绍说,推动下一代系统的各种挑战包括:如何提高效率、碳减排和削减成本;如何监控和控制日益复杂的系统;如何创建用于任务关键性应用的安全元器件供应链;以及数据中心和IP网络的POL电流要求已经达到100A,可能上升到超过400A。

图1:现代电源架构(AMP)联盟发言人/CUI公司先进电源产品高级副总裁Mark Adams。
图1:现代电源架构(AMP)联盟发言人/CUI公司先进电源产品高级副总裁Mark Adams。

数据中心IP流量从2012年的每年2.5ZB增长到2017年的每年7.7ZB。2013年至2019年移动网络流量将会增长10倍,每月达到19EB。对处理能力的需求正在上升,推动了持续的半导体技术创新。每电路板功率从1980年代的300W上升到2015年底的3kW,到2020年则达到5kW。AMP集团专注于为增长最快的电源市场领域——电路板安装数字电源市场——提供解决方案。市场研究机构IHS预计这个市场领域在未来四年内将会增长3.5至5倍,主要推动力是先前未曾使用这项技术,但将会很快需要使用这项技术的市场领域。

在1980年代,电路板安装电源的功率范围是每个系统电路板综合为300W,不过,今天系统电路板中有某些半导体器件需要使用100A@0.9V电源,导致在单一电路板上功率增加数倍。再加上系统电路板的尺寸一直没有改变,使得专门用于电源的电路板面积实际上减小了,这就带来AMP集团将要应对的性能和散热挑战。

随着半导体工艺中的几何尺寸继续缩小,电路变得对性能问题更加敏感,因此电源的容差变得严格很多,在过去±5%的容差是可以接受的,但今天的要求却是±1%。除了容差之外,晶圆成本也在上升,半导体企业正试图实现这些晶圆的产出最大化,通过使用可调节POL来驱动内核电压,能够调节电压来获得特定芯片的最佳性能。

“数字电源在多个技术领域繁荣发展,需要电源行业采用一种新的方法——协作(图2)。由于在电源中增加数字控制器,令业界对真正的多来源选项的需求持续增长,因此要求更深入地研究电源的结构,不仅要求电源在机械方面兼容,而且控制器和配置文件也必须100%兼容,如果任何一项达不到,有可能发生生产流程的中断,更坏的情况是电路板上的不兼容可能引起故障。AMP集团不仅努力为这个领域开发最佳产品,还努力创建一个真正的多来源布局,让客户群在物料清单(BOM)方面通过多于一个来源,获得支持其供应链需求的产品。

“AMP集团将会推动数字电源领域的创新,功率转换不再是仅仅将一个电压转变为另一个电压,现在的要求是将一个电压转变为一个在所有条件、所有时间下的完美电压——具有数字控制和特性的附加功能。这不是一项简单的工作,但是通过三家电源市场领导厂商的共同努力,我们将会以简便的即插即用方式来简化这项困难的工作。”Mark Adams强调。

图2:带有中间总线的典型分布式数字电源架构。
图2:带有中间总线的典型分布式数字电源架构。

“通信类型应用是首个在十多年前就开始实施数字电源技术的市场领域,因此成为了数字负载点市场通常专注的重点。然而,如果看看这个市场的预期增长,大多数增长将会来自电信和数据中心市场领域之外的客户。新一代半导体器件、FPGA和处理器现在需要极严苛的容差和大电流,以及可调节的内核电压。现在这些半导体器件用于从仪器仪表到医疗领域的各种类型应用中,迫使这些新设计实施数字电源解决方案,这是AMP集团的主要推动力量之一。我们为所有市场的各级客户提供选择,同时保持他们的供应链计划无中断。”Mark Adams表示。

在AMP集团成立之前,电源行业曾有两个组织——POLA和DOSA,分别议定互用性标准和砖型封装标准。“我不确定POLA为什么不再活跃,DOSA联盟仍然在工作,不过DOSA联盟仅仅专注于多来源产品的机械因素。他们定义电源的尺寸——引脚定义和位置等等,这对于模拟电源领域是很好的。”Mark Adams表示,“AMP集团的工作将会超越仅仅定义机械尺寸。由于数字控制增加了复杂性,我们将确保电源供应商之间的现有数字特性集相互匹配,以及电源编程的配置文件是兼容的。CUI、爱立信电源模块和村田均专注于开发这个迅速增长的市场,并且满足这些客户的需求。”AMP集团的使命是定义智能化、分布式数字电源生态系统的未来。

“AMP集团是各机构之间数年来建立的工作合作关系的正式化,我们三家企业长期以来服务于电源市场,能够利用我们的知识和经验来发展这个联盟。三家企业的郑重承诺和要求,可以确保产品能够真正兼容。AMP集团的其它工作重点是通过技术发展蓝图的协作来推动未来的创新。AMP集团不仅仅是机械技术集团,我们还在密切合作以定义未来所需的特性、性能指标等等。这是真正的协作承诺,将推动AMP联盟实现成功,允许客户群依靠AMP集团产品来设计电源。”Mark Adams表示。

AMP集团将积极主动地与客户和半导体企业合作,以及参与其他标准(如PMBus)的演进,以制定有远见的产品发展蓝图,从而满足他们的特定要求。AMP集团将与主要的合作伙伴密切合作,比如数字控制器厂商,以期影响其发展蓝图,并且确保未来的市场需求与现有的技术相配合,构建最先进的电源设备。

据介绍,AMP集团将在德国慕尼黑Electronica 2014展会上发布首套用于数字负载点和先进总线DC-DC转换器的标准。同时,AMP集团将制订2015年及未来的技术和产品发展蓝图,在采用分布式总线电源系统的下一代设备中快速发展的电源需求方面保持领先。

最后,Mark Adams补充道:“在电源行业中,电源企业通常落后于客户需求。然而,越来越多工程师转向POL模块,以提高设计速度和消除设计分立式电路板级电源解决方案的复杂任务。AMP集团将是市场中首个通过与客户和半导体企业合作以了解下一代技术的真正需求,从而推动创新和性能基准的企业集团。我们具备充分的前瞻性,通过协同工作,提供满足市场所需的最佳产品。”

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