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[分享] 如何设计一款好的企业级SSD电源管理方案?Qorvo专家有话讲

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发表于 2023-9-19 11:01:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
AI大模型、数据中心、云存储等数字化领域的建设浪潮带动了企业级SSD(eSSD)市场的新增需求。根据Yole Group最新报告,2022年全球SSD出货量约3.52亿块,其中企业级SSD出货量约5500万块,占比约15.6%,预计到2028年增至1.11亿块,年复合增长率为18%。同时,企业级SSD对新技术的采纳速度更快,预计到2028年会有69%的用上PCIe 5.0,远超消费级的12%。

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图:2022-2028年企业级SSD与消费级SSD出货量对比(图源:Yole Intelligence)

相比消费级SSD,企业级SSD不仅更快采纳新技术,而且产品的设计要求也更加严格,一般包括高可靠性、高IOPS、高能效、数据备份以及小型化等方面。这些功能的实现不仅视乎原厂存储颗粒的质量,也对eSSD的电源管理方案提出了很大的挑战。近日,在中国电力电子产业大会(上海站)的活动现场,Qorvo PMIC产品线应用经理张俊岳向参会观众重点介绍了Qorvo面向企业级SSD的高度集成电源方案,帮助客户从容应对全球企业级SSD发展的新需求。

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图:Qorvo PMIC产品线应用经理张俊岳发表演讲

设计一款eSSD电源管理方案应当考虑什么?

“企业级SSD对于电源容量、稳定性、电源环境噪声等都提出了新的要求,在这样的市场发展趋势下,对应的电源管理方案也必须实现高集成度,并提供相应的功能。”张俊岳表示:“例如高可靠性方面,Qorvo电源管理方案支持实现一系列相关功能,包括关键信号的ADC监测(基于ACT85410)、热插拔的浪涌控制,还有eFuse、升压和降压UV/OV/OC保护、热保护,以及掉电保护、提供分层级的保护机制等等。”

对于企业级SSD“刚需”的数据备份功能,Qorvo电源管理方案集成了关键数据备份的集成掉电保护(PLP)模块,相较传统的掉电保护电路更加灵活,在成本和体积上拥有显著的优势,例如仅存储电容的体积就可以减小至少14.5%、成本更是降低70%。Qorvo方案也提供了专门的掉电保护引脚,可以实现及时告警;当输入端异常掉电,芯片可以将PLI信号置低,从而提示主控SoC芯片启动数据备份功能。除了及时告警,Qorvo方案还提供了长期预警的能力,通过集成对于电容容量的读取功能、实现实时监测,当发现电容容量不足,工程师可以介入去更换电容,以保证有足够的电量支持数据备份。

另外,Qorvo在小型化方面也投入了庞大的研发资源,例如上述的PLP模块就是其中一点。Qorvo的PMIC芯片拥有业绩领先的高集成度优势,以ACT88329为例,其集成了时序控制、LDO、Switch、RESET IC等一系列功能。通过下图的对比,可以看到基于ACT88329的电路设计拥有诸多优势:整体的布板面积减少80%,外围器件的数量也从57个减少到14个,大大降低了BOM成本。

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图:Qorvo PMIC可助力实现更小面积的PCB设计和更少的元器件数量

以“搭积木”方式构建理想方案

Qorvo ActivePMU系列登场!目前,Qorvo面向企业级SSD应用提供了PLP、PMIC芯片以及集成PMIC+PLP的整体方案,并打造了丰富的ActivePMU系列产品组合。张俊岳表示:“根据不同的工作电压范围、电源轨数、GPIO等,Qorvo ActivePMU系列可支持打造灵活、可靠的电源管理解决方案。这些产品组合就像一块块积木,为eSSD量身打造,客户可以在列表里选取符合自身要求的积木,从而快速构建理想的方案。”

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图:面向企业级SSD的Qorvo电源产品类型

从案例出发,下图为企业级SSD的常见电源架构,右侧分别是SSD Controller、DDR和NAND Flash,共13个电源轨。通过使用Qorvo ACT85410和ACT88420两颗芯片进行级联,即可轻松实现各个电源轨的控制,包括不同的电压电流大小。由于PMIC集成了掉电保护等多种功能,使得电路设计十分简单明了。另外,针对开发者,一方面Qorvo PMIC芯片可以通过各种寄存器去设定不同的功能,实现灵活配置;另一方面Qorvo也推出了专门的烧录器工具和上位机软件,包括时序、电压等关键参数均已实现可视化,开发者可以快速上手调试应用。

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图:基于Qorvo PMIC的eSSD电源架构示例

总结而言,Qorvo PMIC产品将电力转换和智能管理功能进行了高度集成,有助于消除外部分立元件的需求,这不仅简化了电源设计流程,更大大缩减了系统尺寸和降低成本,帮助客户加快产品上市时间。这些特性可以满足企业级SSD应用的众多需求,因此Qorvo PMIC也已经在各种处理器平台上广泛应用。

本文转载自Qorvo半导体微信公众号

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