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多核智能移動(dòng)平臺(tái)電源架構(gòu)的分析與對(duì)策

作者: 時(shí)間:2013-01-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  多核處理器就是采用兩個(gè)或兩個(gè)以上內(nèi)核的處理器。便攜移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)迅速發(fā)展,尤其是手機(jī)市場(chǎng),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從功能手機(jī)到智能手機(jī)的過渡。相應(yīng)的應(yīng)用處理器(AP)也從單核發(fā)展到雙核,甚至多核。同時(shí),平板電腦的迅速普及也讓多核處理器風(fēng)光無限??梢哉f移動(dòng)設(shè)備的處理器正以前所未有的速度發(fā)展。

  終端廠商們對(duì)高性能處理器的不斷追求和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)激烈的競(jìng)爭(zhēng)都會(huì)極大刺激硬件廠商們的創(chuàng)新熱情,多核處理器的應(yīng)用趨勢(shì)勢(shì)不可擋。多核處理器首先為終端廠商提供了更大的創(chuàng)造空間。有了強(qiáng)大的處理器,終端廠家就可以在自己的設(shè)備中添加更多的新功能,卻不必?fù)?dān)心會(huì)拖累系統(tǒng)運(yùn)行速度和流暢度。而且隨著工藝水平的提高,處理器的體積也逐漸縮小,對(duì)于對(duì)空間要求極為苛刻的移動(dòng)設(shè)備,節(jié)省下來的空間可以讓給電池這類的重要部件,無疑為廠商的設(shè)計(jì)提供了便利。

  多核系統(tǒng)

  正是因?yàn)橹悄苁謾C(jī)和平板電腦能夠滿足消費(fèi)者越來越高的要求,比如更大的顯示屏、更多的傳感器件和無線連接方式、更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力等等,而現(xiàn)在高清和3D視頻播放、Flash界面、WIFI無線上網(wǎng)已經(jīng)成為便攜移動(dòng)產(chǎn)品的必備功能,所以要求移動(dòng)處理器能夠提供更強(qiáng)的處理能力。

  顯而易見的是,現(xiàn)在處理器能夠運(yùn)行主頻達(dá)到1GHz,甚至1.5GHz,這樣勢(shì)必對(duì)電源管理提出了很大的挑戰(zhàn)。第一,需要更低靜態(tài)功耗以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間;第二,眾多的處理器、內(nèi)存和外設(shè)來實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的強(qiáng)大應(yīng)用功能,這就需要不同電壓等級(jí)和上電時(shí)序,使得整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜化;第三,需要高度集成的解決方案來管理整個(gè)電源管理系統(tǒng);第四,需要的功率密度更大。

  以高通的某款最新平臺(tái)搭配的電源管理單元(PMU)為例,該P(yáng)MU集成了5大功能區(qū),功能框圖如下圖所示。

功能框圖

  由芯片組供應(yīng)商提供的PMU有著先天優(yōu)勢(shì)。如上文所說,多核處理器有多個(gè)不同的電壓等級(jí)以及復(fù)雜的上電時(shí)序,能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的多任務(wù)處理能力。由于集成了多路功率輸出,PMU集成化的方案必然受限于晶片(die)的尺寸以及熱效能管理,因此輸出能力基本集中在3A以下。通常,3A可以滿足智能手機(jī)眾多功能模塊的電源總線的能力,但是PMU可能滿足了當(dāng)前芯片組功能特性的需求,然而需求在發(fā)展,廠家為了適應(yīng)新的市場(chǎng)趨勢(shì),勢(shì)必優(yōu)化或者升級(jí)當(dāng)前功能模塊的設(shè)計(jì)規(guī)格。比如CPU、GPU等等,其對(duì)應(yīng)需要的電流能力也會(huì)提高。

  這樣,現(xiàn)有的PMU不能滿足新的需求。因此,獨(dú)立式的DC/DC可以彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。除此之外,由于智能手機(jī)功能多,耗電快,許多手機(jī)業(yè)者為了突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì),提高用戶體驗(yàn),往往采用大容量的電池。而PMU內(nèi)置的充電IC無法滿足客戶不同的設(shè)計(jì)需求,從而出現(xiàn)了充電IC外置的現(xiàn)象,也就是采取了獨(dú)立式的充電IC.

  多核系統(tǒng)的優(yōu)化

  正如上文所述,在智能手機(jī)多核系統(tǒng)中,PMU不能滿足更大電流的輸出能力。同時(shí),大電流帶來高損耗,而降低損耗一直是手機(jī)設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)之一?,F(xiàn)實(shí)情況是,智能手機(jī)的功耗隨著AP的高頻化,按照芯片的損耗公式Ps=C*f*V2,難以得到有效抑制。但是可以通過優(yōu)化電壓等級(jí)的方式來克服由于主頻增加而帶來的影響,并且從電壓幅度方面更能得到有效抑制。因此,在獨(dú)立式的大電流DC/DC方案中,普遍采用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整(DVS)的技術(shù)。

  智能手機(jī)CPU主頻的提高勢(shì)必需要更大的電流,以滿足系統(tǒng)運(yùn)行和操作對(duì)硬件的要求。配備大電池成了必然選擇。給大容量電池充電即需要大電流的充電IC.

  應(yīng)用于多核系統(tǒng)的飛兆半導(dǎo)體電源方案

  飛兆半導(dǎo)體公司(Fairchild Semiconductor)是全球領(lǐng)先的高性能功率產(chǎn)品供貨商,尤其在移動(dòng)產(chǎn)品領(lǐng)域,飛兆半導(dǎo)體公司提供先進(jìn)的電源管理策略,優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。下圖是基于智能,飛兆半導(dǎo)體提供的電源解決方案。

電源解決方案

  在由飛兆半導(dǎo)體公司提供的電源管理方案中,采用了獨(dú)立式的大電流開關(guān)式充電IC FAN54013,獨(dú)立式的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的降壓變換器FAN53555,以及獨(dú)立式的大電流的升壓變換器FAN48630.這三個(gè)產(chǎn)品在手機(jī)平臺(tái)中起著重要作用,能夠提升系統(tǒng)性能,降低功耗,及拓展移動(dòng)終端應(yīng)用面。

  綜述

  多核處理器的移動(dòng)終端將越來越成為未來市場(chǎng)的主流,多核處理器提升的最主要方面就是游戲性能。隨著游戲廠商們大作的不斷發(fā)表,對(duì)CPU的要求也越來越高。多核設(shè)備的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在視頻攝錄和影片播放上。目前,只有雙核及以上的CPU能支持1080P高清視頻錄制,裝有雙核CPU的手機(jī)有了這樣強(qiáng)大的視頻錄制能力之后,低端DV的市場(chǎng)將受到很大的沖擊。而當(dāng)移動(dòng)設(shè)備具有了高清視頻播放的能力后,移動(dòng)設(shè)備也逐漸成為家庭娛樂的中心。

  DVD在未來可能成為下一個(gè)技術(shù)進(jìn)步所淘汰的對(duì)象,取而代之的是裝有多核處理器的移動(dòng)終端。因此,如何體現(xiàn)多核處理器的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)差異化產(chǎn)品是擺在手機(jī)業(yè)者面前極具挑戰(zhàn)性的問題。而優(yōu)化系統(tǒng)的電源管理架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的必然途徑,飛兆半導(dǎo)體能給手機(jī)設(shè)計(jì)人員提供滿意的設(shè)計(jì)方案。



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