5G数据传输量及速度需求 使尖峰功率管理益形重要

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利润空间缩小与数据处理量增加是5G移动装置、基础设施及数据中心面临的重大挑战,加上终端设备功能不断增加,需要更高的运算和交换基础设施支援,尖峰功率(peak power)已成为芯片及整个电子系统设计上的严重限制。根据Semiconductor Engineering报导,这些问题主要由设计日趋复杂、固定或缩减的功率预算以及加速处理更多数据等因素驱动。以移动装置为例,功能增加代表需要关闭更多电路或改成休眠模式,数据中心则面临数据量大增、处理速度加快的压力,5G的推广则对通讯基础设施造成影响。尖峰功率是任何时候装置产生的*大功率,通常发生在装置从off或sleep状态切换为on状态时,也可能发生于控制存储器区块的电源区块(power domain)中。制程节点越小问题就越大,因为介电体与导线更细,对杂讯的容忍限度也越低。5G承诺的高画质影音串流,及缩短网路连线与下载等待时间将彻底改变移动通讯的样貌,因此如何处理更吃紧的功率预算便成为讨论重点。从尖峰功率、平均功率、静态功率到暂态功率,对使用电池供电的应用程式来说都很重要。放慢唤醒周期虽可纾缓浪涌电流(In-rush current)并降低尖峰功率,但必须取得使用者经验的平衡,否则使用者可能会选择其他装置。ANSYS暂存器转换层(RTL)产品管理主管Preeti Gupta表示,当手机使用者坐在快速移动的火车上使用Gbps的数据传输速率,5G系统必须要能符合其在转换基地台时的需求,且延迟时间须低于1毫秒。尖峰功率会影响电网资源,早期侦测尖峰功率及步阶函数是稳固性、成本和排程考量的关键。Gupta表示,5G对设计方法造成的改变包括:1、设计人员提早在模拟器上执行应用场景,以便有效隔离现实尖峰功率周期。模拟器的运行速度快,还能支援软件和硬件互动的视觉化。2、新的功率分配引擎已出现,可针对数百万和数十亿次的活动周期产生各周期的功率曲线,并在暂存器转换层完成,方便日后改变设计。3、功率分析提升了暂存器转换层的容量和性能,透过智能功能来识别功率周期,提高签证(sign-off)的覆盖率。数据中心则多选择使用使用更先进的节点解决功率问题。工具供应商同样意识到这些挑战,开发出机器学习演算法,改善设计和模拟流程。

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