专家点津：多核处理器将如何改变电源管理？

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　　随着消费者不断要求智能手机、平板电脑、PC 等设备增加新功能和提高性能，多核处理器从此取代了传统的单核设备。

　　各大厂商最新推出的多媒体应用处理器采用了ARM Cortex-A9 或 Cortex-A15 等先进的内核架构，提供单核、双核和四核等性能各异的版本。

　　ARM的不对称 big.LITTLE 系统进一步发展了多核理念，通过结合使用一个高性能的内核（如Cortex-A15）和一个能效极高、采用相同架构的内核（如Cortex-A7），优化所有处理负荷的能效。

　　最新的多核应用处理器还集成了 DRAM控制器、ARM Neon媒体/图形协处理器等外围设备，以进一步提升性能。

　　电源管理的演进

　　当双核处理器于 2011 年进入市场时，单核设备通常使用的电源架构只经过了简单的扩展，以便通过通用供电轨为两个处理器内核供电。随着多核路线图的不断演进和四核处理器的问世，并考虑到正处于研发阶段的八核处理器以及更加复杂的未来处理器，我们需要能够异常灵活地控制各个内核的供电电源，从而实现优化能效的目标。这需要异常复杂的电源管理架构，将每个内核单独划分到由一个稳压器供电的各自的电源域中（见图1）。这种方法能够使用较小的稳压器，降低最坏情况下的电流需求。

　　图 1：将内核划分到不同的电源域中可实现灵活高效的电源管理。

　　推动多核系统电源架构发生改变的另一重要因素是40纳米、32纳米以及最近的28纳米工艺的普及。 它们无法支持连接各个稳压器输入端的5V电池电压（VBAT），因为更小的CMOS需要更低的工作电压，从而有效减少了所能施加的最大电压。鉴于此，现在有必要将应用处理器的电源管理功能迁移到一个单独的器件上。

　　这与第一代移动设备中所采用的方法形成了鲜明对比，后者通常将电源管理功能整合到应用处理器中，形成一个芯片。

　　在芯片之外的一个单独器件上实现一个更加复杂的多稳压器架构，这一趋势正在催生新一代先进的电源管理集成电路（PMIC）。

　　这些PMIC的特性和能力正在不断演进，目的是提升当今消费类移动和多媒体产品中多种使用模式的能效。通常可以实现多个开关式稳压器，其中包括为处理器内核和I/O（对于28纳米处理器，它们可分别低至 1和2 V）、内存IC和其它外围设备提供低电压的降压稳压器。还可以实现一个升压转换器，为屏幕背光等LED灯串供电。此外，内置的低压差（LDO）稳压器还可用于为感应器、LED 指示灯或电机等子系统供电。

　　各种电池充电功能也能得以实现，从用于为备用纽扣电池或超级电容器充电的几毫安小型电源，到能够连接墙壁充电器、USB 5-V 电源或车载充电器等各种电源的数控多模式锂电池充电器。

　　此外，还可以实现用于监视外部电压和温度的数模转换器等更多功能。不仅如此，片上电源监控智能还能让PMIC处理开机/关机顺序、重置和中断处理等重要功能。这可以帮助设计人员提升系统的整体可靠性和能效。

　　聚焦PMIC

　　作为针对多核应用而优化的新一代PMIC的一个典型例子，Dialog半导体有限公司的DA9063拥有6个固定切换频率为3-MHz的降压稳压器。它可以使用高度仅为1毫米的1-μH电感器，因此支持移动设备的超小尺寸，同时又能让稳压器满足较高的峰值电流要求。

　　动态电压控制（DVC）功能可以根据处理器负荷调节电源电压。6个降压稳压器中有三个能够提供高达2.5 A的电流，其余三个可提供高达1.5 A的电流。并联这些稳压器可以实现5 A或3 A供电轨，以满足当今性能最高的处理器对内核电流的需求。因此，设计人员可以扩展或调整配置，以满足不同的系统要求。

　　此外还有11个额定输出电流在100到300 mA范围内的可编程LDO稳压器。由于支持远程电容器配置和1.5/1.8 V低输入电压运行，它可以级联一个适当的降压电源，从而提升系统的综合效率。此外，还可以将多个LDO配置为限流旁路开关，用以支持存储卡、外联附件等其它外设。

　　不仅如此，某些LDO针对低噪声应用而优化，其中一个可以被配置为一个由PWM控制的6位振动电机驱动电源，用于实现用户触感控制功能。

　　图2框图显示了DA9063中集成的6个降压稳压器、11个LDO、备用电池充电器以及电源管理和监控功能。

图2： Dialog半导体有限公司的DA9063 PMIC中集成的供电和管理功能。

　　提升系统效率

将多个稳压器和智能电源管理功能整合到诸如DA9063这样一个单独的PMIC中能够实现众多节电功能，这些功能可以自主运行，无需应用处理器的任何干涉。电源管理器模块配有一个启动顺序引擎，可按照可编程的顺序启动内外稳