ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT

IN FOCUS

IoT-piireillä päästöt kuriin

IoT-teknologia on nousemassa keskeiseksi työkaluksi kestävän kehityksen ratkaisuissa. Vaikka laitteiden valmistus ja käyttöönotto vaativat energiaa, pitkän aikavälin säästöt ylittävät kulut moninkertaisesti. Tuoreiden analyysien mukaan IoT voi säästää jopa kahdeksankertaisesti sen energiamäärän, jonka se itse kuluttaa elinkaarensa aikana.

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

logotypen

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

Kiinalaisryhmä hyökkää Windows-palveluilla ja Google Drivella

Tietoturvayritys Check Point Research on paljastanut Silver Dragon -nimisen kybervakoiluryhmän, joka kohdistaa hyökkäyksiä hallituksiin Kaakkois-Aasiassa ja Euroopassa. Tutkijoiden mukaan ryhmä on suurella varmuudella Kiinaan kytkeytyvä ja todennäköisesti osa APT41 -kokonaisuutta.

Botit generoivat jo kolmasosan verkkoliikenteestä – myös tekoälybotteja aletaan estää

Lähes kolmasosa globaalista verkkoliikenteestä on jo bottien tuottamaa. Tämä käy ilmi Fastlyn Threat Insights -raportista, jossa analysoitiin heinä–syyskuun 2025 aikana triljoonia sovellus- ja API-pyyntöjä yhtiön verkossa.

Nokia ja Ericsson tiivistävät yhteistyötä autonomisissa verkoissa

Nokia ja Ericsson syventävät yhteistyötään älykkäässä verkkoautomaatiossa. Yhtiöt avaavat rApp-sovellusekosysteeminsä toisilleen ja sitoutuvat vahvistamaan avoimia standardeja, erityisesti R1-rajapintaa, jonka kautta rAppit keskustelevat SMO-järjestelmän kanssa.

Kännykän massamuisti on pian yhtä nopea kuin työmuisti

Kioxia on aloittanut UFS 5.0 -yhteensopivien sulautettujen flash-muistien arviointinäytteiden toimitukset. Taustalla on yksi selkeä ajuri: päätelaitteissa ajettavat suuret kielimallit ja muu generatiivinen tekoäly nostavat tallennuksen suorituskykyvaatimukset täysin uudelle tasolle.

Tutkimusdata haastaa sähköauton lataamisen ohjeet

Sähköautojen akkujen kestävyydestä on keskusteltu pitkään, ja erityisesti arkilataamisen ohje “pidä varaustaso 20–80 prosentissa” on vakiintunut lähes itsestäänselvyydeksi. Tuore laajaan reaalimaailman dataan perustuva analyysi kuitenkin osoittaa, että kuva on aiempaa monisyisempi.

Qualcomm tuo tekoälyn älykelloihin

Qualcomm Technologies on julkistanut uuden Snapdragon Wear Elite -alustan, jonka tavoitteena on tuoda varsinainen reunatekoäly älykelloihin ja muihin puettaviin laitteisiin. Yhtiö puhuu Personal AI -laitteista, jotka eivät enää ole pelkkiä älypuhelimen jatkeita vaan itsenäisiä, kontekstia ymmärtäviä laitteita.

Donut Labin kenno kesti 100 asteen kuumuuden

VTT on julkaissut toisen riippumattoman testiraportin Donut Labin Solid-State Battery V1 -kennolle. Tällä kertaa tarkasteltiin purkukäyttäytymistä korkeissa lämpötiloissa, +80 ja +100 asteessa. Tulokset ovat kaksijakoiset. Sähköisesti kenno selvisi testeistä hyvin. Rakenteellisesti 100 asteen koe jätti jälkensä.

Nokian Hotard: mobiililiikenne ei ole enää lineaarista

Mobiiliverkkojen liikenne ei Nokian toimitusjohtajan Justin Hotardin mukaan enää kasva lineaarisesti, kun tekoälystä tulee verkon uusi pääasiallinen kuormittaja. Pelkkä “putken kasvattaminen” ei hänen mukaansa enää riitä.

Rohde ja Qualcomm venyttävät radiolinkin 6G-taajuuksille

Rohde & Schwarz ja Qualcomm Technologies ovat demonstroineet MWC Barcelonassa carrier aggregation -yhteyden, jossa yhdistetään perinteinen FR1-taajuusalue ja niin sanottu FR3-alue. FR3 ei kuulu nykyisiin kaupallisiin 5G-verkkoihin, vaan sitä valmistellaan osaksi tulevaa 6G-taajuusarkkitehtuuria.

Uusi eRedCap vie älymittarit 5G-aikaan

Nordic Semiconductor esittelee Barcelonan MWC-messuilla joukon uusia ratkaisuja, joista strategisesti merkittävin liittyy 5G eRedCapiin. Yhtiö tekee yhteistyötä avainasiakkaiden kanssa seuraavan sukupolven eRedCap-teknologioiden kehittämiseksi. Tavoitteena on laajentaa 5G:n käyttö ultra-matalatehoisiin IoT-laitteisiin.

Xiaomi nousi fitness-rannekkeiden ykköseksi

Omdian mukaan globaalit puettavien laitteiden toimitukset ylittivät 200 miljoonaa kappaletta vuonna 2025. Kasvua kertyi kuusi prosenttia edellisvuoteen verrattuna. Fitness-rannekkeissa markkinajohtoon nousi Xiaomi 18 prosentin osuudella. Apple oli toisena 17 prosentilla ja Huawei kolmantena 16 prosentilla. Samsung Electronics ja Garmin täydensivät kärkiviisikon.

Ericsson ja Intel haluavat tekoälyn 6G-radioverkkoon

Ericsson ja Intel kertovat laajentavansa yhteistyötään, jonka tavoitteena on vauhdittaa siirtymää kohti kaupallista, tekoälyyn natiivisti perustuvaa 6G-verkkoa. Yhtiöiden mukaan 6G ei ole pelkkä seuraava mobiiliversio, vaan infrastruktuuri, jossa tekoäly on sisäänrakennettuna radioverkkoon, ytimeen ja reunalaskentaan.

IoT-laitteiden siirto toiselle operaattorille helpottuu

IoT-laitteiden elinkaaren aikainen operaattorin vaihto helpottuu, kun Telenor IoT tuo markkinoille uuden SGP.32-standardin mukaiset eSIM-kortit. Yhtiö ilmoittaa aloittavansa kaupalliset toimitukset 17. huhtikuuta 2026.

Aliro 1.0 julkaistiin: Älypuhelimesta tulee universaali avain

Connectivity Standards Alliance (CSA) on julkistanut Aliro 1.0 -spesifikaation, joka määrittelee ensimmäistä kertaa yhteisen protokollan älypuhelimessa olevalle digitaaliselle avaimelle. Standardin tavoitteena on mahdollistaa, että sama mobiilissa oleva kulkuoikeus toimii eri valmistajien lukijoissa NFC:n, Bluetooth LE:n ja UWB:n kautta. Aliroa tukevat muun muassa Apple, Google ja Samsung.

Voisiko kalsium korvata litiumin?

Hong Kong University of Science and Technologyn tutkijat kertovat kehittäneensä uudenlaisen kalsiumioniakun, joka voisi tarjota vaihtoehdon litiumioniakuille. Tutkimus on julkaistu Advanced Science -lehdessä, ja se perustuu puolikiinteään elektrolyyttiin sekä redoks-aktiivisiin orgaanisiin runkorakenteisiin.

Muuttaako AMD-sopimus Metan AI-yhtiöksi?

Meta ilmoitti tällä viikolla jopa 6 gigawatin GPU-kapasiteettiin tähtäävästä, monivuotisesta sopimuksesta AMD:n kanssa. Kyse ei ole yksittäisestä laite-erästä, vaan usean sukupolven mittaisesta infrastruktuurikumppanuudesta, jossa sovitetaan yhteen GPU-, CPU- ja järjestelmätason roadmapit.

AMD haluaa kantataajuuslaskennan x86-prosessorille

AMD on esitellyt 5. sukupolven EPYC 8005 -palvelinprosessorit, ja sen viesti teleoperaattoreille selvä: kantataajuuslaskenta kuuluu yleiskäyttöiselle x86-prosessorille, ei erillisille baseband-ASICeille tai FPGA-kiihdyttimille.

Perus-PC katoaa markkinoilta ensi vuonna

Gartner arvioi, että muistien raju hinnannousu romahduttaa laitemyyntiä vuonna 2026 ja tekee alle 500 dollarin peruskannettavista taloudellisesti kannattamattomia. Tutkimusyhtiön mukaan tämä ns. entry level -PC-segmentti katoaa markkinoilta vuoteen 2028 mennessä.

Pieniä 5G-tukiasemia nopeammin läpi tuotantolinjasta

Rohde & Schwarz ja LITEON esittelevät Barcelonassa Mobile World COngressissa tuotantotestausratkaisun, jolla 5G-femtosoluja voidaan testata aiempaa selvästi nopeammin. Yhdellä testerillä voidaan karakterisoida neljä laitetta rinnakkain, mikä kasvattaa valmistuksen läpimenoa 50 prosenttia.

Lisää bassoa heti – tai ainakin parannus äänenlaatuun

Samsung hioo täyslangattomia kuulokkeitaan maltillisesti mutta teknisesti kiinnostavasti. Uusi Buds4-sarja ei mullista markkinaa, mutta erityisesti Pro-mallissa äänenlaatuun on tehty konkreettisia laitepuolen muutoksia.

TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Lääkintälaitteet siirtyvät verkkoon, hoito potilaan kotiin

ETN - Technical articleLääkintälaitteiden internet (IoMT) yhdistää diagnostiikan, puettavat anturit ja sairaalalaitteet pilvipohjaisiin järjestelmiin. Etävalvonta, reaaliaikainen data ja koneoppiminen lupaavat parempaa hoidon laatua ja kustannussäästöjä, mutta samalla ratkaistavaksi jäävät yhteentoimivuus, sääntely ja tietoturva.

Lue lisää...

OPINION

Teslalla ei vieläkään ole itseajavaa autoa

Tesla ei muutu itseajavaksi sillä, että siitä poistetaan ratti. Yhtiö on aloittanut ratittoman Cybercabin sarjatuotannon, mutta ratkaiseva komponentti puuttuu edelleen: toimiva itseajaminen, jota ei tarvitse valvoa, kirjoittaa Elektroniktidningenin Jan Tångring.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Kiinalaisryhmä hyökkää Windows-palveluilla ja Google Drivella
  • Botit generoivat jo kolmasosan verkkoliikenteestä – myös tekoälybotteja aletaan estää
  • Nokia ja Ericsson tiivistävät yhteistyötä autonomisissa verkoissa
  • Kännykän massamuisti on pian yhtä nopea kuin työmuisti
  • Tutkimusdata haastaa sähköauton lataamisen ohjeet

NEW PRODUCTS

  • Suosittu vähävirtainen IoT-yhteys helposti lisäkortilla
  • Tämä ajuri auttaa pitämään auton hengissä pakkasaamuna
  • 40 TOPSia verkon reunalle
  • Erittäin tarkka anturi virranmittaukseen
  • Eikö 8 bittiä enää riitä? Tässä vastaus
 
 

Section Tapet