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POWER 10 - MARZO 2016
VI
Power
esterna. Un approccio di questo tipo, che ha comportato
un risparmio energetico in misura compresa dal 3 al 5%,
risultava di difficile realizzazione nei dispositivi di natura
analogica, con riflessi negativi sulle implementazioni com-
merciali.
Con l’introduzione, nel 2010, del concetto di “digital po-
wer” e di PMBus, gli architetti di sistema hanno iniziato a
sperimentare nuove modalità per regolare la tensione del
bus alle condizioni di carico. La tecnologia messa a punto,
nota come Dynamic Bus Voltage (DBV), iniziò ad essere
utilizzata in applicazioni di media potenza, con un rispar-
mio energetico che poteva arrivare fino al 10%. DBV è
stata la prima tecnologia ad abbinare il vantaggio di una
sorgente di alimentazione a controllo digitale (AC / DC o
DC / DC) con il software di gestione dell’energia, ottimiz-
zando in tal modo la distribuzione della potenza durante
il funzionamento.
Processori e potenza
- Microprocessori, FPGA e circuiti
ASIC richiedono una tensione molto stabile e il core di
questi dispositivi spesso richiedono alimentazioni inferiori
a 1V. Per molti anni, i produttori di processori hanno fatto
ricorso a un sistema VID (Voltage Identification), basato su
una matrice di resistenze di pull-up e pull-down, per rego-
lare la tensione del core sulla base delle richieste. Questa
tecnologia, che richiedeva la presenza di
resistenze ester-
ne
ed è stata in auge per un decennio, ha
evidenziato i propri limiti quando è stata
utilizzata per nuove applicazioni e altre
tipologie di processori. Per questo moti-
vo i produttori di regolatori di tensione,
in collaborazione con quelli di processo-
ri, hanno sviluppato il concetto di AVS
(Adaptive Voltage Scaling). In pratica
il regolatore di tensione e il processore
operano in sinergia e quest’ultimo è in
grado di regolare la tensione di funzio-
namento più idonea tramite software.
Per garantire la conformità di questa tec-
nologia agli standard esistenti, nel marzo
2014, l’organizzazione che si occupa delle specifiche di
PMBus, ha aggiornato gli standard (versione 1.3) al fine
di includere i protocolli per il supporto di Adaptive Volta-
ge Scaling (aggiornamento standard marzo 2015 a 1.3.1).
AVS è una tecnologia estremamente promettente, soprat-
tutto si si prende in considerazione le potenzialità di nuo-
ve applicazioni come Internet of Things (IoT).
Gestione della potenza 2.0
– L’emergere di nuove applica-
zioni, quali appunto IoT, abbinata alla costante necessità
di ridurre i consumi di energia hanno convinto gli archi-
tetti di sistema che non sarebbe stato possibile sviluppare
uno strato software destinato espressamente alla gestione
della potenza in grado di espletare tale compito a tutti i
livelli – ovvero dal sito alla singola scheda. Quello che sem-
brava un’utopia è però recentemente divenuta una real-
tà grazie allo sviluppo di architetture di potenza definite
via software (SDPA - Software Defined Power Architectu-
re), un concetto che ha iniziato a diffondersi nell’ambito
dell’industria della potenza. L’abbinamento tra Adaptive
Voltage Scaling, Dynamic Bus Voltage, ottimizzazione della
commutazione di potenza, modalità di “sleep” intelligenti
e altre tecnologie abbinate alla potenza digitale, permette
di ridurre in modo significativo i consumi energetici. An-
che se è troppo presto per fornire numeri significativi, la
tecnologia SDPA può essere considerata come una nuova
pietra miliare destinata a cambiare non solo le modalità di
gestione della potenza, ma anche quelle di progettazione
delle soluzioni di potenza.
Potenza digitale & IoT
“Digital Power” è sicuramente un termine generico e co-
pre una vasta gamma di applicazioni. Dopo quasi 40 anni
dalla nascita del concetto di controllo digitale (PESC
1977) il controllo e la gestione della potenza digitale si è
diffuso ovunque e spazia dai telefoni cellulari ai data cen-
ter.
Tra le applicazioni più interessanti, come accennato in
precedenza, vi è senza dubbio IoT, che
richiede soluzioni di potenza estrema-
mente flessibili ed efficienti. Anche se
molti dispositivi per applicazioni IoT
devono ancora essere inventati, tali pro-
dotti dovranno essere alimentati e molto
probabilmente il sistema di potenza sarà
ospitato nel chip: questo è un campo
di applicazione dove l’abbinamento tra
“digital power” e software embedded po-
trebbe rappresentare la soluzione idea-
le. Lo sviluppo di dispositivi efficienti e
affidabili per alimentare le applicazioni
IoT è una priorità per tutti coloro che
operano nel campo della potenza e vogliono cogliere le
opportunità offerte da un mercato che prevede la realizza-
zione di svariati miliardi di prodotti connessi entro i pros-
simi cinque anni.
Per far fronte a tale richiesta nel mese di ottobre del 2015,
IEEE ha costituito due gruppi di lavoro: IEEE P2415 Uni-
fied Hardware Abstraction and Layer Working Group e
IEEE P2416 Power Modeling Meta-standard Working
Group. Entrambi stanno lavorando alla messa a punto di
standard che hanno lo scopo di sostenere lo sviluppo di di-
spositivi elettronici in grado di abbinare prestazioni spinti
a prezzi sempre più competitivi.
Per garantire
agli utenti
le migliori prestazio-
ni il più a lungo
possibile, è necessa-
ria una gestione
efficiente della
potenza disponibile