芯耀
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在如今諸多移動設備中，電源管理IC（PMIC）是最常見的芯片之一，它主要用于管理主機系統(tǒng)中的電源設備，將電池電壓轉換并分配到各個組件，就像人體的心臟向各個器官供血一樣。包括像攝像頭、顯示、移動AP以及存儲器等器件都需要PMIC芯片的支持。
尤其隨著AI技術的發(fā)展，對于應用于數據中心中的DDR存儲器提出了新的要求。Rambus產品營銷副總裁John Eble表示：“目前，隨著基于大語言模型（LLM）生成式AI技術的不斷發(fā)展，它的功能也變得越來越強大，需要實現多模態(tài)輸入和輸出等功能，如給AI提供一段文字作為指令，AI產出的內容可能是一張圖片；或者所輸入的指令是包含了圖片和文字的組合，而AI能夠提供的是一張有改進的圖片；也有可能輸入的時是多張圖片和一段文字，而AI能夠產出一段視頻，所以當這種多模態(tài)的輸入輸出功能被實現以后，生成式AI將有著無限的可能性?！?/p>
而為了實現這些功能，AI模型需要越來越多的數據量進行訓練，以Open AI的ChatGPT為例，2022年發(fā)布的GPT-3使用了1750億個參數進行訓練；而在不久后，即2023年發(fā)布的GPT-4，它的訓練參數量已經大幅增長至1.5萬億個。
如此龐大的AI工作負載也對內存帶寬和容量的需求大幅增長，尤其在AI訓練階段，主內存的容量需求通常需要是GPU內存容量的兩倍，并且還有一個額外的需求，就是這部分的主內存也必須有著非常高的帶寬。只有這樣，才能讓GPU本地內存滿足這個數據的吞吐速度。
基于此，DDR內存也進行了架構更新，新一代的DDR內存產品DDR5，它相較于前一代的DDR4最大的變化就是將PMIC芯片放在了DDR5內存條上。
John Eble表示：“在DDR4之前，PMIC芯片都集成在主板上，而到DDR5，將PMIC芯片放置在了DIMM端。這種改變帶來了諸多優(yōu)勢，一是不僅可以節(jié)省主板空間，而且不再需要設計來自主板的電壓調節(jié)對內存模塊的支持；
二是由內存模組上的PMIC向模組提供輸入高壓12V電源，避免通過模塊連接器從主板向內存模組組件輸出如1V的電壓，大大降低了輸電網絡上的IR下降問題；
三是為DIMM上的敏感元件提供了更嚴格的電容容差，幫助實現更高的DDR5目標性能水平?！?/p>
那為何需要做這一改變呢？John Eble解釋道：“這與DDR5采用的全新架構有關。相較于DDR4，DDR5已經開始轉移到了雙通道架構，如下圖中的雙通道RCD在主機端以DDR5速度運行。因此，它的運行速度與DRAM相同。圖中每個引腳的開關頻率將比DDR4高出一倍多。DDR5的每通道最高頻率速度達到8400MT/s（最高可達8800MT/s）。
因此，更高的數據傳輸速率（裕度至關重要）、所有這些數據信號所需的連接器引腳數量的增加以及主電源電壓從1-1.2伏降至1.1伏，這些因素共同促使我們決定采用專用的電源管理IC，幫助控制更加精細的電壓?！?/p>
DDR5和DDR4 RDIMM架構對比
因此，Rambus近期推出了全新的DDR5服務器PMIC系列，支持廣泛的數據中心用例。據John Eble介紹，Rambus DDR5服務器PMIC系列包含了符合JEDEC超高電流（PMIC5020）、高電流（PMIC5000）和低電流（PMIC5010）規(guī)范的三款產品。
其中，PMIC5020將使未來幾代DDR5 RDIMM的性能和容量達到新的基準。Rambus的這一PMIC芯片系列與其DDR5 RCD、SPD Hub個溫度傳感器IC一起組成了一個完整的內存接口芯片組，適用于各種DDR5 RDIMM配置和用例，也就是為RDIMM制造商提供“一站式”的解決方案。
另據John Eble介紹，極高電流的PMIC 5020目標是約30安培的最大持續(xù)直流電流，是這三種服務器PMIC中最新定義的。Rambus也是首家提供樣品的公司。
高電流PMIC 5000一直是主要的PMIC，支持的最大持續(xù)直流電流大約為20安培。這款特定的PMIC針對標準到四階模塊，容量為64GB、96GB和128GB。低電流PMIC 5010面向容量較低的市場，它支持的最大持續(xù)電流約為12安培。
另外Rambus的DDR5產品也已經通過所有3家主要DRAM供應商的認證，RDIMM制造商不需要再進行重新驗證，節(jié)省了產品開發(fā)時間，加快了產品的上市時間。
當然，將PMIC集成到內存條上也面臨著一些設計挑戰(zhàn)。John Eble表示，首先是散熱問題。PMIC會產生熱量，而且它靠近對熱非常敏感的DRAM芯片，這是一個問題。因此，進行熱模擬并確保熱量以一種不會影響模塊的方式消散，這一點非常重要。
第二個設計挑戰(zhàn)實際上是如何將PMIC及其無源元件安裝在模塊上，因為模塊的尺寸是固定的，而且模塊上已經有很多元器件了。因此，為PMIC騰出空間，確保其功率完整性達到最佳狀態(tài)，并確保其不會造成任何干擾或散熱問題，這是一個很大的挑戰(zhàn)。
第三個挑戰(zhàn)是確保PMIC上的開關穩(wěn)壓器不會將任何不需要的噪聲引入DIMM的其他部分。
最后一個設計挑戰(zhàn)是需要確保PMIC芯片可靠且強大?，F在PMIC位于可維修模塊上，它可能會經歷某些壓力條件，如將模塊插入插座或將其拔出時，需要進行插拔操作，這可能會影響到PMIC芯片。
AI時代的來臨，為諸多行業(yè)帶來了變革，內存作為關鍵組件之一，也不例外。在模塊上安裝PMIC就是一個顯著的變化，John Eble表示，這遵循了微電子行業(yè)將供電設備盡可能靠近使用點的趨勢，但DDR5內存模塊是第一個在內存模塊上集成PMIC的主要內存類型。未來，隨著對更高性能和電源效率的需求不斷增長，可能會定義新型內存模塊。而且，這些模塊很有可能會繼續(xù)在模塊上集成PMIC，以進一步優(yōu)化電源管理并提高整體系統(tǒng)性能。
