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峰值电流控制在高端显卡设计中的应用

作者:万和城app 时间:2021-12-01 23:42
本文摘要:1 .章节超大规模高性能段图像处理器经常构建数十亿收入的晶体管,工作频率约在GHz以上。当处理这样简单的图像应用时,GPU在微秒时间内急剧降低到数百瓦的功耗,电源对系统(PDS )产生很大的冲击,GPU芯片的电压大幅不足,系统功能经常发生异常。 2 .系统发生异常的原因分析拒绝GPU中的CMOS进程:为了降低功耗,GPU芯片的工作电压较低,允许在0.7V-1.2V这样的长范围内工作。

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1 .章节超大规模高性能段图像处理器经常构建数十亿收入的晶体管,工作频率约在GHz以上。当处理这样简单的图像应用时,GPU在微秒时间内急剧降低到数百瓦的功耗,电源对系统(PDS )产生很大的冲击,GPU芯片的电压大幅不足,系统功能经常发生异常。

2 .系统发生异常的原因分析拒绝GPU中的CMOS进程:为了降低功耗,GPU芯片的工作电压较低,允许在0.7V-1.2V这样的长范围内工作。电压越高,内部电源的MOS管的Vgs越高,MOS管的导通电阻越小,因此传输时间常数增加,工作频率上升。电压过低时,MOS管无法长时间构成导电栅极,引起逻辑错误。

因此,电压相对平稳的供电系统(PDS )是系统长时间工作的前提。GPU动态工作模式的市场需求:高性能GPU使用许多先进的设备功率控制技术,功耗超过几百瓦,待机功率在几瓦左右,DPM (dynamicPerformanceModeconvert )就是其中之一DPM时钟频率通常设定在100MHz-1000MHz的范围内,电压在0.7V-1.2V之间。如图1右图所示,GPU可以在不同的DPM状态下迁移。

GPU处理阻抗减小后,将缓慢切换到HCLK1-HCLK4、电压V3等高性能模式。如果电压严重不足,内部电路将无法维持这种模式,从而引起系统故障。图1GPU动态工作模式PDS性能允许开关电源本身的性能允许。

开关电源供电能力强,体积小,成本低,具备OCP、OVP的维护功能。但是,开关电源周期性地关闭MOS管重新开始,不会产生相当多的电源波动和噪声。电源是网络参数允许的。

从电源到阻抗的所有电是指参数的总和,即线路的r、l、c、g的整体效果,来源于PCB材料、层叠、印刷布线、通孔、屏蔽及GPUPCB及内部硅电路设计。这些都是参数生产的,对电路没有分力、分流、光、波动损失等很多影响。

对GPU阻抗来说,交流高频信号除了阻抗的动态变换引起的电流过渡变化之外,电源在网络上产生的电阻不是倒数,而是来自LC在网络上产生的高频噪声信号。在大电流(例如200A以上)的GPU中,电压下降到约数百毫伏,远远超出DPM设置范围。3 .峰值电流控制技术GPU的瞬态电流变化太大,一定会减少供电网络的损失,GPU可以取得电压。

为了避免压降引起的冲击,GPU需要及时上转换动态模式,减少时钟频率,减少工作电压。峰值电流控制技术是基于这个目的而设计的,必须与软件结合。图2右图是峰值电流控制技术软件的流程图。

系统通过及时检测工作电流的变化,可以缓慢调整工作状态,增加芯片的功耗,防止系统死机。图2峰值电流控制技术软件流程图4.GPU工作电流传感器的硬件电路如图3右图所示构建,为了及时应对GPU的瞬间大电流变化,GPU检测通过硬件电路完成。

GPU的动态电流达到预期阈值时,硬件电路不生成逻辑信号通报软件单元。本技术巧妙地利用电源网络在电阻上产生,传感器线路上的损失引起的电压反转。作为电流放大器的输出,取电源输入端子a点和阻抗端子b点。如果a、b点的电压降过大,则GPU消耗的电流过大,需要GPU比较器输入高电平的通报软件来及时调整GPU的动态模式,减少频率和电压,GPU和电源长时间工作,防止死机。

图3GPU电流传感器的硬件构建框图5 .测试结果该方案已应用于某种型号的GPU产品,经过调试和性能测试,取得了令人失望的效果。图4是GPU芯片的电流瞬间变化时用示波器测试的波形图。在图4峰值电流控制技术波形图4的右图中,地下通道1是预先设定的电流阈值(约47.7A )。

地下通道2是实际的a、b点压降,除以0.1ohm (线路是电阻引起的)后的响应仅次于电流约55.2A。地下通路3是延迟比较器输入地下通路4是GPU引脚的电压波形。当电流达到阈值时,延迟比较器启动时,产生高电平的中断信号。

软件开始切换动态动作模式,将GPU电压VLOAD设定为减少约100mV。电流增大大于阈值时,比较器输入低电平,系统长时间返回后进行监视。

6 .结论根据以上分析和测试结果,峰值电流控制技术是合理分配GPU阻抗、防止系统交通事故死机的良好控制机制,可明显提高系统的稳定性和可靠性,高性能计算、。


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