簡(jiǎn)介

圖形處理單元 (GPU) 不斷迭代更新，其中的晶體管數(shù)目也不斷增加以提高處理器性能。如今這個(gè)數(shù)目已達(dá)到數(shù)百億的級(jí)別，與此同時(shí)，功率需求也相應(yīng)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這讓滿足瞬態(tài)響應(yīng)規(guī)范變得極為困難。

本文將演示如何利用 SIMPLIS Technologies 的 SIMPLIS 模擬器來(lái)預(yù)測(cè)并優(yōu)化下一代 GPU的電源行為。因具有更高斜率要求和超過(guò) 1000A 的電流水平，下一代 GPU需要更快的瞬態(tài)響應(yīng)。

恒定導(dǎo)通時(shí)間（COT）控制

在多相降壓變換器的恒定導(dǎo)通時(shí)間 (COT) 架構(gòu)中，高速比較器代替了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的誤差放大器 (EA)。在這種架構(gòu)中，輸出電壓(VOUT)通過(guò)反饋電阻進(jìn)行采樣，再與參考電壓(VREF)進(jìn)行比較。如果 VOUT?降至 VREF?以下，則上管 MOSFET (HS-FET) 導(dǎo)通。由于MOSFET 的導(dǎo)通時(shí)間是固定的，因此變換器可以在穩(wěn)態(tài)下實(shí)現(xiàn)恒定頻率。如果存在負(fù)載階躍瞬變，變換器還可以大幅提高其脈沖頻率以最大限度地減少輸出下沖。但是，在這種情況下，非線性的環(huán)路控制會(huì)使環(huán)路調(diào)整復(fù)雜化。

圖 1 顯示了用于快速瞬態(tài)響應(yīng)的COT 控制。

因此，對(duì)變換器的行為和供電網(wǎng)絡(luò) (PDN) 進(jìn)行準(zhǔn)確的建模十分必要，它可以仿真瞬態(tài)降壓性能并驗(yàn)證各種基于 GPU 的系統(tǒng)，同時(shí)還避免了耗時(shí)且成本高昂的迭代過(guò)程。

供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）

PDN由連接電壓和接地軌的多個(gè)元件組成，其中包括電源和接地平面布線、用于電源穩(wěn)定性的去耦電容，以及連接或耦合到主電源軌的任何其他銅特性。PDN 設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是最小化電壓波動(dòng)并確保 GPU 正常運(yùn)行。

圖 2 為典型的 GPU 供電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

PDN 中的組件會(huì)表現(xiàn)出寄生行為，例如電容的等效串聯(lián)電感 (ESL) 和等效串聯(lián)電阻 (ESR)。在對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行建模時(shí)，必須考慮這些寄生元件。提高斜率會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的高頻諧波。PDN 中的電阻、電感、電容 (RLC) 等組件會(huì)產(chǎn)生設(shè)計(jì)人員可能意識(shí)不到的諧振回路，其諧振頻率會(huì)放大變換器切換所產(chǎn)生的高頻諧波，從而導(dǎo)致不可預(yù)知的變換器行為。

設(shè)計(jì)規(guī)范

表 1 顯示了AI應(yīng)用中的典型電源軌要求。

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