ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

Agenttinen tekoäly tarttuu RTL-verifioinnin tuottavuusongelmaan

Agenttinen tekoäly siirtää RTL-verifioinnin painopistettä yksittäisten työkalujen automatisoinnista koko työnkulun älykkyyteen. Siemens EDA:n tavoitteena on vähentää koordinointiin kuluvaa aikaa ilman, että suunnitteluinsinöörit menettävät kontrollin prosessista.

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

Jun # 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

Windows 10 sai vuoden jatkoajan

Windows 10 virallinen tuki päättyi 14. lokakuuta 2025, mutta miljoonille vanhoille pc-koneille annettiin vielä lisäaikaa. Microsoftin kuluttajille suunnattu Extended Security Updates eli ESU-ohjelma tarjoaa Windows 10 -laitteille kriittiset ja tärkeät tietoturvapäivitykset 12. lokakuuta 2027 asti.

Jo lähes puolet uusista puhelimista tukee generatiivista tekoälyä

Generatiivinen tekoäly on nousemassa nopeasti älypuhelimien perusominaisuudeksi. Counterpoint Researchin tuoreen ennusteen mukaan GenAI-kykyisten älypuhelimien osuus maailman toimituksista kasvaa tänä vuonna 45 prosenttiin. Vuonna 2025 osuus oli 36 prosenttia, ja vuonna 2027 sen arvioidaan nousevan jo 52 prosenttiin.

Halpa koodi oli vain välivaihe

Tekoäly lupasi tehdä ohjelmistokehityksestä halvempaa. Nyt koodia syntyy enemmän kuin koskaan, mutta Gartner varoittaa toisesta suunnasta. Kun koodin generoimisen arvo lähestyy nollaa, todellinen kustannus siirtyy tokeneihin, katselmointiin ja vastuun kantamiseen.

Analoginen signaali on sähköauton invertterin heikko lenkki

Sähköauton virranmittauksessa Hall-anturi ei ole katoamassa mihinkään. Sen sijaan ongelmaksi on nousemassa se, miten anturin mittaustieto viedään mikro-ohjaimelle sähköisesti vaikeassa ympäristössä. Melexiksen uusi MLX91229 tuo tähän ratkaisuksi digitaalisen sigma-delta-lähdön.

Nyt se tapahtui – nanometrin raja murtui mikropiirissä

IBM sanoo kehittäneensä maailman ensimmäisen alle yhden nanometrin piiriteknologian. Kyse ei ole pelkästä viivaleveyden pienentämisestä, vaan uudesta nanostack-arkkitehtuurista, jossa nanosheet-transistoreita pinotaan kolmiulotteisesti päällekkäin.

Muistien hinta näkyy nyt myös Samsungin kansansuosikissa

Samsungin uusi Galaxy A27 5G kertoo hyvin, mihin älypuhelinmarkkina on liikkumassa. Keskiluokan puhelimessa uudistukset ovat maltillisia, mutta hinta nousee nopeasti, jos käyttäjä haluaa enemmän tallennustilaa. Suomessa Galaxy A27 5G 128 gigatavun version suositushinta on 349 euroa, mutta 256 gigatavun mallista pyydetään jo 449 euroa.

RedCap eli kevyt 5G joutuu raskaaseen testiin

5G RedCapin on määrä tuoda viidennen sukupolven yhteydet aiempaa kevyempiin, edullisempiin ja vähemmän virtaa kuluttaviin laitteisiin. Käytännön laitekehityksessä tämä ei kuitenkaan tee testauksesta yksinkertaista. Anritsu on päivittänyt SmartStudio NR- ja SmartStudio NR IP Performance -ohjelmistonsa tukemaan RedCap-laitteiden sovellustason suorituskykytestausta.

Qt vie näyttävät käyttöliittymät mikro-ohjaimiin

Suomalainen Qt Group laajentaa asemaansa sulautettujen käyttöliittymien markkinassa. Yhtiö aloittaa yhteistyön puolijohdevalmistaja GigaDevicen kanssa, jotta Qt for MCUs -kehitysympäristö saadaan optimoitua GigaDevicen GD32H7-mikro-ohjainalustalle.

NXP vie ADAS-laskennan tutkapiirille

Autojen kuljettajaa avustavat järjestelmät eivät voi enää jäädä vain kalliimpien mallien varusteiksi. NXP:n uusi SAF8444-tutkajärjestelmäpiiri pyrkii tuomaan L2- ja L2+-tason ADAS-toimintoja myös edullisempiin automalleihin siirtämällä osan laskennasta suoraan tutka-anturiin.

AI-palvelimissa kellotus nousee uuteen rooliin

Tekoälypalvelimissa, GPU-alustoissa ja SmartNIC-verkkokorteissa suorituskyky ei synny enää yhdestä prosessorista. Järjestelmät rakentuvat useista eri piireistä, kuten CPU, GPU, FPGA-piireistä, ASICeista ja ohjainpiireistä. Tämä tekee myös kellotuksesta aiempaa kriittisempää.

OpenAI suunnitteli oman LLM-kiihdyttimen Broadcomin kanssa

OpenAI on ottanut uuden askeleen kohti täyttä tekoälypinoa. Broadcomin kanssa kehitetty Jalapeno ei ole yleiskäyttöinen prosessori, vaan suurten kielimallien inferenssiin optimoitu ASIC-kiihdytin, jolla OpenAI hakee parempaa energiatehokkuutta, pienempää viivettä ja vähemmän riippuvuutta ulkopuolisista tekoälykiihdyttimistä.

Suomen dataverkon pullonkaula on nyt kuitu

Suomen runkoverkot on pitkälti rakennettu aikakaudella, jolloin tekoälyn, datakeskusten ja digitaalisen teollisuuden kapasiteettitarpeita ei vielä tunnettu. Lounean uuden FBBV-hankkeen mukaan ongelma ei ole enää niinkään 400G- tai 800G-siirtotekniikassa, vaan fyysisessä kuidussa ja reittien vähyydessä.

Donut Lab kehuu akkuaan täysin räätälöitäväksi

Donut Lab jatkoi tänään I Donut Believe -videosarjaansa. Odotetut yksityiskohdat esimerkiksi kennon energiatiheydestä jäivät edelleen hämärän peittoon. Tällä kertaa yhtiö esitteli solid state -akkutekniikansa räätälöitävyyttä. Donut Labin mukaan samaa akkukemiaa voidaan sovittaa hyvin erilaisiin sovelluksiin ja muotoihin.

GaN-sotaa kolmella rintamalla

Infineonin ja kiinalaisen Innosciencen välinen GaN-kiista on saanut uuden käänteen. Vielä keväällä asetelma näytti Infineonin kannalta selvältä, kun USA kauppakomissio määräsi Innosciencen tuotteille tuonti- ja myyntikiellon. Nyt Innoscience kertoo saaneensa omia voittojaan sekä Kiinassa että Saksassa.

ST tuo kvanttitason suojauksen älypuhelimiin

STMicroelectronics on esitellyt uuden ST54M-turvasirun, joka on tarkoitettu älypuhelimiin, puettaviin laitteisiin ja muihin henkilökohtaisiin elektroniikkalaitteisiin. Sirun tehtävä on suojata maksamista, digitaalista henkilöllisyyttä, eSIM-yhteyksiä ja muita arjen mobiilipalveluja myös tulevien kvanttitietokoneiden uhkia vastaan.

LUMI on yhä Pohjolan ylivoimaisesti nopein supertietokone

Suomen LUMI on pudonnut maailman nopeimpien supertietokoneiden listalla sijalle 11. Samalla Kajaanissa toimiva kone on Euroopan viidenneksi tehokkain supertietokone ja edelleen ylivoimaisesti Pohjoismaiden nopein järjestelmä.

Kiinalainen LineShine on maailman nopein supertietokone

Kiina on noussut takaisin supertietokoneiden maailmanlistan kärkeen. Shenzhenissä toimiva LineShine ohitti Yhdysvaltain El Capitanin ja nousi kesäkuun TOP500-listauksen ykköseksi.

Kiinalaisessa USB-pikalaturissa sähköiskun vaara

Turvallisuus- ja kemikaalivirasto Tukes on määrännyt markkinoilta poistettavaksi Sunrsonin 35 watin USB-C-pikalaturin. Kyse on ELED 35 W USB-C Pikalaturi 35W / Mini PD Power charger 35W -nimellä myydystä tuotteesta, jonka mallimerkintä on KKY35P941.

5 voltin ohjauksia ei haluta suunnitella uusiksi

Toshiban uudet M4H-mikro-ohjaimet vastaavat varsin arkiseen mutta tärkeään tarpeeseen. Vanhoja 5 voltin ohjausjärjestelmiä halutaan päivittää tehokkaammiksi ilman, että koko laitearkkitehtuuri rakennetaan uudelleen.

Check Point tuo OpenAI:n kybermallit tietoturvatuotteisiinsa

Check Point alkaa tuoda OpenAI:n edistyneitä kybermalleja osaksi omia tietoturvaratkaisujaan. Yhtiön mukaan kyse on rajatusta ja valvotusta tekoälykäytöstä, jolla pyritään vahvistamaan uhkien ehkäisyä, nopeuttamaan korjaavia toimia ja tukemaan tietoturvatiimien päivittäistä työtä.

Jun  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Tekoäly tuo jakeluun lisää älykkyyttä

ETN - Technical articleTekoäly on jo selkeästi ohittanut kokeiluvaiheen. Avnet Insights 2026 -selvityksen mukaan tekoäly on monilla elektroniikan aloilla jo mukana käytössä olevissa tuotteissa, ja sen soveltaminen yleistyy nopeasti kaikkialla EMEA-alueella.

Lue lisää...

OPINION

Halpa koodi oli vain välivaihe

Tekoäly lupasi tehdä ohjelmistokehityksestä halvempaa. Nyt koodia syntyy enemmän kuin koskaan, mutta Gartner varoittaa toisesta suunnasta. Kun koodin generoimisen arvo lähestyy nollaa, todellinen kustannus siirtyy tokeneihin, katselmointiin ja vastuun kantamiseen.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Windows 10 sai vuoden jatkoajan
  • Jo lähes puolet uusista puhelimista tukee generatiivista tekoälyä
  • Halpa koodi oli vain välivaihe
  • Analoginen signaali on sähköauton invertterin heikko lenkki
  • Nyt se tapahtui – nanometrin raja murtui mikropiirissä

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
  • Murata kutisti 100 voltin autokondensaattorin 0805-kokoon
 
 

Section Tapet