ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ETNdigi-superbanner
2026  # megabox

IN FOCUS

3D-piirit pakottavat suunnittelun huomioimaan lämmön, tehon ja mekaniikan

3D-IC-arkkitehtuureihin siirtyville suunnittelutiimeille suorituskyvyn ja luotettavuuden jatkuva parantaminen tuo mukanaan tuttuja mutta yhä monimutkaisempia haasteita: miten hallitaan tehonkulutusta, poistetaan lämpöä ja otetaan huomioon erilaisten fysikaalisten ilmiöiden monimutkainen vuorovaikutus pinotuissa rakenteissa?

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

Sep # TME square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

GaN mullistaa laturin hyötysuhteen

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 05.05.2022
  • Devices
  • Power

Galliumnitridi (GaN) on laajan kaistaeron (wide band gap) puolijohdemateriaali, joka tarjoaa perinteiseen piihin verrattuna monia etuja suorituskyvyn ja muiden ominaisuuksien osalta. Innoscience vie nyt GaN-tekniikan seuraavalle tasolle tuomalla markkinoille korkealaatuisia ja luotettavia laitteita kohtuulliseen hintaan.

Piihin verrattuna GaN tarjoaa korkean hyötysuhteen, suuren kytkentänopeuden, erinomaisen lämmönhallinnan, pienen sirukoon ja kevyen painon. GaN-pohjaisten laitteiden suurimittainen yleistyminen tehosovelluksissa edellyttää vielä kuitenkin eräiden rajoitteiden ratkaisemista liittyen lähinnä massatuotannon asettamiin haasteisiin ja kustannusten pienentämiseen.

Marraskuussa 2021 pidetyssä laajan kaistaeron puolijohteisiin erikoistuneessa PowerUp Virtual Expo -näyttelyssä Innosciencen toimitusjohtaja Denis Marcon luotasi puheessaan tekniikan nykytilaa. Innoscience on eturintamassa tekemässä GaN-teknologiasta laajasti käyttökelpoista tuomalla markkinoille korkealaatuisia ja luotettavia
laitteita kohtuulliseen hintaan.

Marconin mukaan GaN-teknologiassa ollaan astumassa uuteen vaiheeseen, jossa vaatimuksena on suuren volyymin tuotannon järjestäminen ja toimitusvarmuuden takaaminen kaikkien uusien markkinoille tulevien GaN-pohjaisten sovellusten tukemista varten. Toinen tärkeä pyrkimys on GaN-pohjaisten tuotteiden hinnan merkittävä alentaminen, jolloin teknologian tarjoamat edut saadaan laajemmin käyttöön ilman että siitä tarvitsee maksaa kovin paljon ylimääräistä.

Suurimpana kokonaan GaN-teknologiaan keskittyvänä integroitujen piirien valmistajana Innoscience on ollut hyvin aktiivinen, että nämä vaatimukset saadaan ratkaistua. Yhtiöllä on maailman suurin 8-tuumaisten GaN-on-Si-kiekkojen tuotantokapasiteetti. Viime syksynä yhtiön tuotantokapasiteetti oli 10 000 kiekkoa kuukaudessa, vuoden vaihteessa päästiin jo 14 000 kiekon tuotantoon kuukaudessa ja vuoteen 2025 mennessä on tarkoitus päästä 70 000 kiekon kuukausitoimituksiin.

GaN-teknologia on kehittynyt viime vuosina merkittävästi. Vielä kymmenisen vuotta sitten oltiin tuotekehityksessä tämän innovatiivisen teknologian testaus- ja kokeiluvaiheissa. Seuraavassa vaiheessa vuosina 2010-2015 ensimmäisiä tuotteita alettiin saada markkinoille, jolloin käyttäjillä oli ensi kertaa mahdollisuus ostaa GaN-piirejä ja ottaa niitä käyttöön todellisissa projekteissaan.

GaN VAATII UUSIA SUUNNITTELUJA

Kolmas vaihe alkoi vuonna 2015. Tuolloin järjestelmäsuunnittelijat totesivat, että GaN-piirejä ei voida suoraan liittää olemassa oleviin suunnitteluihin. Niillä ei voida suoraan korvata suunnittelussa piipohjaisia piirejä, jotta saataisiin käyttöön GaN:n tarjoamat suorituskyvyn edut, vaan se edellyttää tuotteiden uudelleen suunnittelua.

Nyt Marconin mukaan on vuorossa jälleen uusi vaihe, jossa pääpaino on kustannusten vähentämisessä, toimintavarmuuden parantamisessa ja GaN-massavalmistuksen mahdollistamisessa, jotta kaikkia uusia markkinoille tulevia sovelluksia pystytään tukemaan.

Innosciencen lähestymistapana mainittujen vaatimusten saavuttamiseksi oli ensinnäkin hyödyntää suurta valmistuskapasiteettia käyttämällä piipiirien massavalmistuksen tuotantoprosessin laitteistoja. Toisena osana Innosciencen ohjelmassa oli pyrkimys lisätä toimivien sirujen määrää kiekolla käyttämällä suuremman kokoista kiekkoa eli siirtymällä 6-tuumaisesta 8-tuumaiseen kiekkoon, vähentämällä ominaisresistanssia (mikä tarkoittaa pienempää piirikokoa) ja lopulta lisäämällä virheettömien sirujen lukumäärä kiekolla (saanto).

- Alkuperäinen Zhuhaissa sijaitseva piiritehdas täyttää autoelektroniikan tuotantovaatimukset ja siellä olevien laitteistojen valmiutena on valmistaa 4 000 kiekkoa kuukaudessa. Sen jälkeen Suzhou’in on rakennettu 16 kertaa Zhuhain tehdasta suurempi toinen tehdas, jonka laitteistojen kapasiteettia ollaan lisäämässä 6 000 kiekosta 65 000 kiekkoon kuukaudessa. Kaikkien Innosciencen tuotantolaitosten laitteistot perustuvat piipiirien valmistuksessa käytettäviin tuotantolinjoihin, joiden etuna on piipiirien valmistusprosesseista saadut optimoidut ratkaisut pitkän ajan kuluessa, Denis Marcon sanoo.

Mitä tulee itse GaN-FETteihin, on Innoscience pystynyt vähentämään piirien ominaisresistanssia RDS(on) (mikä mahdollistaa kooltaan pienempien piirien tuotekehityksen) ottamalla käyttöön Innosciencen termejä käyttäen ’kuormitettavuutta lisäävän kerroksen’ (stress enhancement layer), joka kerrostetaan hilan muodostuksen jälkeen. Tällä tavoin Innoscience on voinut kasvattaa 2-D -elektronikaasutiheyttä (2DEG) ja sen seurauksen vähentää 2DEG-resistanssia ilman, että sillä on vaikutusta muihin parametreihin kuten kynnysjännitteeseen tai vuotovirtaan.

Innoscience on ottanut tehtäväkseen parantaa merkittävästi saantoa niin puolijohdekiekon kerrostamisen kuin piirin työstämisen osalta. RDS(on) on saatu todistetusti tasaisesti jakautumaan kiekolla valmistettavien 10 000 piirisirun kesken. Samanlaista käyttäytymistä on toistettavasti voitu osoittaa off-tilan vuotovirran osalta, sillä ainoastaan kiekon reunoilla on nähtävissä pientä poikkeamaa muutoin tasaisessa matalassa käyrässä. Molemmat parametrit säilyvät erinomaisina kiekolta toiselle.

USB-LATURIN HYÖTYSUHDE UUDELLE TASOLLE

Sovelluksista puheen ollen yksi Innosciencen suurimmista menestyksistä on USB Power Delivery (PD) -laturi, joita on toimitettu markkinoille jo yli 30 miljoonaa kappaletta. InnoGaN-teknologiaa hyödyntämällä saadaan syötettyä paljon tehoa pienessä koossa, mikä nostaa tehotiheyttä. 45 W:n GaN-pohjainen PD-laturi yltää 95,1 prosentin hyötysuhteeseen 2,5 watin tehohäviöillä, kun vertailun vuoksi piipohjaisilla ratkaisuilla päästään noin 88 prosentin hyötysuhteeseen 6,1 watin häviöillä.

InnoGaN-piireillä on saavutettavissa kymmenen kertaa suurempi kytkentätaajuus, neljä kertaa suurempi tehotiheys ja 50 prosenttia piitä parempi energiatehokkuus.

10 PROSENTTIA
HÄVIÖISTÄ POIS

Palvelinkeskukset muodostavat toisen merkittävän sovellusalueen. Allaolevassa kuvassa on nähtävissä vaiheet palvelinkeskuksen tarvitsemien jännitetasojen syöttämisen toteuttamiseksi. Ensimmäisen vaiheen muodostaa AC-DC-muunnin, joka aluksi muuntaa 277 V:n vaihtojännitetulon 48 V:n tasajännitteeksi ja jonka nimellisteho on 3 kW. Kun muunnos 48 volttiin on tehty, on vuo-rossa jatkomuunnos 48 V:n tasajännitteestä 12 tai 5 V:n tasajännitteeksi ja tässä tapauksessa kyse on tehon muuntamisesta 300 watista 600 wattiin. Viimeisessä vaiheessa 12 tai 5 V:n tasajännite muunnetaan 1 V:n tasajännitteeksi. Kaikki nämä mainitut muunnosvaiheet voidaan GaN-teknologialla toteuttaa entistä pienikokoisemmilla ja tehokkaammilla muunninpiireillä.

Denis Marconin mukaan GaN-teknologia mahdollistaa sen, että suurimmalla lähtövirralla tehohäviöitä saadaan pienennyttyä 10 prosenttia. Tämä merkitsee 10 prosentin vähennystä palvelinkeskuksen energialaskuun. Käytännön tasolla tämä tarkoittaa, että vuoteen 2030 mennessä pelkästään ottamalla käyttöön tässä puheena oleva arkkitehtuuri on mahdollista säästää 100 TWh verran energiaa. Tämän suuruinen tehonsäästö vastaa 20 ydinreaktorin tuottamaa energiaa.

Kuten edellä jo mainittiin, Innosciencen tuotantolaitokset on jo sertifioitu autoelektroniikan komponenttien tuotantoa varten ja yhtiö työskentelee yhdessä autoelektroniikan asiakkaan kanssa, jotta kvalifioituja autoelektroniikan piirejä saadaan markkinoille tänä vuonna. Autoelektroniikan GaN-sovelluksia ovat esimerkiksi DC-DC-suurjännitemuuntimet (650 V/ 950 V), DC-DC-muuntimet (48 V/ 12 V), ajoneuvossa olevat laturit ja lidar-piirit.

Verrattuna perinteisiin 100 V:n pii-MOSFETteihin on 100 V:n InnoGaN-piirien kytkeytymisnopeus 13 kertaa nopeampi ja pulssinleveys 15 kertaa kapeampi. Tällöin on mahdollista asentaa kaksi piiriä samalle sirulle, joista kumpikin ohjaa laseria itsenäisesti halvemman, kooltaan pienemmän ja helppokäyttöisen lidar-ratkaisun toteuttamiseksi.

Denis Marconin mukaan hyödyntämällä massatuotantoon optimoitua GaN-teknologiaa ja toimivia piiprosessoinnin tuotantotiloja on mahdollista vastata markkinoiden kovaan kysyntään. Innosciencen tavoitteena on tehdä GaN-teknologiasta mahdollisimman monien sovellusten käyttöön soveltuva tehokomponenttien tekniikka.

 

Artikkeli on ilmestynyt tuoreessa ETNdigi 2/2022 -lehdessä. Sitä pääset lukemaan täällä.

Toukokuun ajan voit myös osallistua kisaan, jossa voit äänestää lehden parasta artikkelia ja voittaa upean OnePlus Nord 2 -älypuhelimen. Lue lisää täällä.

MORE NEWS

Operaattori tuo parhaan Wi-Fin Suomeen

Suomeen laajentunut ruotsalaisoperaattori Bahnhof on päässyt testaamaan ensimmäisten joukossa tulevaa Wi-Fi 8 -tekniikkaa. Esisarjalaitteilla tehdyssä testissä Wi-Fi 8 oli haastavissa olosuhteissa keskimäärin 54 prosenttia Wi-Fi 7:ää nopeampi. Ensimmäisiä Wi-Fi 8 -reitittimiä odotetaan markkinoille ensi vuoden alussa.

Unohda datalehdet! Kerro tekoälylle, mitä haluat suunnitella

Elektroniikkasuunnittelu on saamassa uuden lähtöpisteen. NXP:n verkkosivuilla suunnittelija voi nyt kertoa tekoälylle, millaisen laitteen haluaa rakentaa. Celusin tekniikka ehdottaa sen perusteella järjestelmäarkkitehtuurin ja sopivat NXP-komponentit ja vie suunnitelman aina kytkentäkaavioon asti.

Erillisverkot valjastaa 5G-verkon droonien havaitsemiseen

Erillisverkot on testannut Helsingissä tekniikkaa, jolla luvattomia drooneja voidaan havaita, paikantaa ja seurata 5G-verkon avulla. Vuosaaren satamassa tehdyssä kokeessa droonin ei tarvitse olla yhteydessä verkkoon tai lähettää omaa radiosignaaliaan tullakseen havaituksi.

Yhdelle palvelimelle jo 12 teratavua DDR5-muistia

Micron on esitellyt uuden 512 gigatavun DDR5 RDIMM -muistimoduulin, jonka avulla kaksikantaiseen palvelimeen voidaan asentaa jopa 12 teratavua keskusmuistia. Uutuus yltää jopa 9 200 MT/s:n siirtonopeuteen.

Tämä kamera näkee 96 väriä

Belgialainen mikroelektroniikan tutkimuslaitos imec on saanut uuden 96-kaistaisen hyperspektrianturinsa kaupalliseen tuotantovaiheeseen. Suoraan CMOS-kennolle integroidut spektrisuodattimet mahdollistavat hyperspektrikuvauksen tavallisen RGB-kameran kokoisella laitteella.

Puheluun ei tarvitse enää vastata

Suomalainen ei tunnetusti mielellään puhu, eikä kohta tarvitse puhua enää puhelimessakaan. Elisa, Nokia ja Scailarc esittelivät Helsingissä uuden tekniikan, jossa puhelun syyn näkee jo ennen vastaamista ja asian voi jopa hoitaa puhumatta sanaakaan.

Pendulum mittaa tehon ja taajuuden 27 gigahertsiin

Pendulum Instruments on tuonut markkinoille PFA-127-analysaattorin, joka yhdistää mikroaaltosignaalien tehon ja taajuuden mittauksen samaan laitteeseen. Pulssitetuilla RF-signaaleilla laite mittaa rinnakkain myös pulssin leveyden ja toistovälin.

Spansion-nimi tekee paluun flash-markkinoille

Taiwanilainen Winbond ostaa Infineonin NOR Flash- ja F-RAM-liiketoiminnan 1,12 miljardilla dollarilla. Kaupan toteuduttua liiketoiminta saa nimekseen Spansion. Alalla pidempään toimineet muistavat nimen hyvin, sillä sen juuret ulottuvat AMD:n ja Fujitsun flash-muisteihin yli kahden vuosikymmenen taakse.

Lattice toi tekoälyn FPGA-suunnitteluun

Lattice Semiconductor tuo tekoälyn avuksi FPGA-piirien suunnitteluun. Uusi ilmainen Lattice Prompt -työkalu antaa suunnittelijan kuvata haluamansa toiminnon luonnollisella kielellä ja vie tehtävän aina käännökseen, simulointiin ja validointiin asti.

Näin verkon suorituskykyä mitataan ilman mittalaitteita

ETN - Technical articleAnritsu tuo verkon suorituskyvyn mittauksen paikkoihin, joihin fyysisiä testilaitteita on hankala viedä. Virtual Network Master -ratkaisun ohjelmistopohjaisilla testipisteillä voidaan mitata datakeskus-, pilvi-, 5G- ja edge-yhteyksien välityskykyä, latenssia, viivevaihtelua ja kehyshäviöitä.

Rikolliset myyvät pääsyä kaupallisiin kielimalleihin

Varastetuista tekoälypalvelujen käyttöoikeuksista on syntynyt oma rikollinen markkinansa. Check Point Researchin mukaan kaupan on pääsyä kaupallisiin kielimalleihin, niiden turvarajojen kiertämistä sekä rajoittamattomia malleja haittaohjelmien ja haavoittuvuuksien hyödyntämisratkaisujen kehittämiseen.

Kvanttiturvallista ohjausta FPGA-piirillä

Lattice Semiconductor tuo markkinoille Mach-N2-FPGA-perheen järjestelmien ohjaukseen ja suojaukseen. Piireihin yhdistyvät integroitu flash-muisti, laitteistopohjainen Root of Trust ja CNSA 2.0 -vaatimusten mukainen post-kvanttisalaus.

Pitääkö kvanttitekniikkaa pelätä?

Pitääkö kvanttiteknologiaa pelätä samalla tavalla kuin tekoälyä tai autonomisia järjestelmiä? Kysymys nousi esiin keskiviikkona Espoossa Nordeep-tapahtuman tulevaisuuden laskentaa käsitelleessä paneelissa. Vastaus oli varsin yksimielinen. Kvanttiteknologiaa ei tarvitse pelätä.

PX5 on nopein RTOS

PX5 RTOS nousi nopeimmaksi reaaliaikakäyttöjärjestelmäksi Beningo Embedded Groupin vuoden 2026 suorituskykyvertailussa. PX5 voitti kaikki seitsemän varsinaista suorituskykytestiä, kun käyttöjärjestelmät käännettiin raportin päävertailussa samalla GCC:n -Ofast-optimoinnilla.

Tarkka etäisyysmittaus tulee halpoihin Bluetooth-tageihin

Bluetoothin uusi tarkka etäisyysmittaus on tulossa myös pieniin ja edullisiin IoT-laitteisiin. Nordic Semiconductorin uusi nRF54LC10A tuo Bluetooth Channel Sounding -tekniikan erityisesti tageihin, seurantalaitteisiin ja yksinkertaisiin älykotisensoreihin.

Rakettitiede ostaa Sysartin: lähes 90 kehittäjän joukko pystyy isompiin hankkeisiin

– Nyt pystymme yksinkertaisesti tekemään isompia asioita, kun on enemmän tekijöitä, Rakettitieteen toimitusjohtaja Juha Huttunen kiteyttää yhtiön historian ensimmäisen yrityskaupan.

Fujitsu avasi kvanttisovellusten kehitysalustan kaikille

Fujitsu on julkaissut avoimena lähdekoodina kvanttisovellusten kehittämiseen tarkoitetun OpenQARP-ohjelmistonsa. Paketti tarjoaa yli sata ohjelmistokomponenttia, joiden avulla kvanttialgoritmeja voidaan rakentaa valmiista osista sen sijaan, että toteutus pitäisi ohjelmoida alusta lähtien.

Klinkmann vie data-analytiikan Liettuan kantaverkkoon

Suomalainen Klinkmann toimittaa data- ja analytiikkaratkaisun Liettuan kantaverkkoyhtiö Litgridille. Ratkaisulla kerätään, visualisoidaan ja analysoidaan sähköverkon operatiivista dataa, jotta verkon tilannekuvaa ja päätöksentekoa voidaan parantaa.

Kuinka kaukaa data ehtii millisekunnissa?

Pilvipalvelu voi tuntua paikalta, jolla ei ole fyysistä sijaintia. Reaaliaikaisissa sovelluksissa maantiede tulee kuitenkin nopeasti vastaan. Jos järjestelmän pitää reagoida millisekunnissa, palvelun pitäisi internetin verkko-operaattori DE-CIX:n laskelman mukaan sijaita alle 80 kilometrin päässä käyttäjästä.

Akku voi tehdä rahaa monella tavalla

Akkuvarastoa ei tarvitse käyttää vain sähkön varastoimiseen halvalla ja purkamiseen kalliilla. Saksalaisen Furon ohjelmisto optimoi reaaliajassa useita käyttötapoja ja valitsee jatkuvasti, missä akun kapasiteetista saadaan paras taloudellinen hyöty.

Sep # puffbox mobox till tme native
2026  # mobox för megabox
Sep  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Näin verkon suorituskykyä mitataan ilman mittalaitteita

ETN - Technical articleAnritsu tuo verkon suorituskyvyn mittauksen paikkoihin, joihin fyysisiä testilaitteita on hankala viedä. Virtual Network Master -ratkaisun ohjelmistopohjaisilla testipisteillä voidaan mitata datakeskus-, pilvi-, 5G- ja edge-yhteyksien välityskykyä, latenssia, viivevaihtelua ja kehyshäviöitä.

Lue lisää...

OPINION

Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle

Googlen 13 miljardin euron investointi Suomeen on valtava uutinen. Vielä suurempi uutinen saattaa kuitenkin olla se, mitä investointi kertoo Suomen sähköntarpeesta. Tekoäly tarvitsee sähköä. Paljon sähköä, tasaisesti ja ympäri vuorokauden.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Operaattori tuo parhaan Wi-Fin Suomeen
  • Unohda datalehdet! Kerro tekoälylle, mitä haluat suunnitella
  • Erillisverkot valjastaa 5G-verkon droonien havaitsemiseen
  • Yhdelle palvelimelle jo 12 teratavua DDR5-muistia
  • Tämä kamera näkee 96 väriä

NEW PRODUCTS

  • 140 watin USB-C-laturi yltää 96 prosentin hyötysuhteeseen
  • ST vähentää komponentteja kilowattiluokan teholähteistä
  • 80 wattia irti tulitikkuaskin kokoisesta teholähteestä
  • Uusi piiri tasapainottaa litiumkennot nopeammin
  • Mediatekin uusin tuo kielimallit kodinkoneisiin
 
 

Section Tapet