알테라는 FPGA에 이용하기 위한 자사의 엔피리온 전원 솔루션 포트폴리오에 디지털 제어방식의 DC-DC 컨버터 EM1130을 추가했다. FPGA에 내장된 SmartVID(SmartVoltage ID) 정보에 따라 공급 전압을 최적화함으로써 FPGA의 소비전력을 최대 40%까지 절감할 수 있다.

30A의 전류를 공급할 수 있는 EM1130은 Arriaⓡ 10과 Stratixⓡ 10 FPGA 코어 및 트랜시버 전원 레일을 비롯해 알테라의 10세대 FPGA에 이용하기 위한 디지털 제어 방식의 벅 DCDC컨버터 제품군의 첫 번째 제품이다.
스위칭 주파수는 350 kHz~1.25 MHz범위에서 설정할 수 있다.

알테라는 2013년 5월 전원 IC 업체인 엔피리온(Enpirion)을 인수함으로써 이 회사의 전원 제품 라인업을 자사 제품에 추가했다. 그간 알테라는 엔피리온 브랜드로 저가형의 선형 레귤레이터, 미들레인지의 DC-DC 스위칭 레귤레이터와 PWM DC-DC 컨트롤러/파워트레인, 그리고 이번에 하이엔드 제품으로 PowerSoC DC-DC 스텝다운 컨버터를 출시했다.



알테라의 월드와이드 사업개발 담당 패트릭 웨덴(Patrick Wadden) 이사는 “최신 FPGA와 SoC는 시스템의 복잡성과 고속·고성능화가 진행됨에 따라 기존 아날로그 방식의 전원 IC로는 전원공급 요구를 지원하기 어렵게 됐다. 이는 높은 정밀도의 공급 전압과 전류를 요구하며 동작온도 범위 및 구현하는 보드 공간 등에 있어서 설계 제한이 있기 때문이다”면서 “전원 회로 설계를 단순화할 수 있는 EM1130은 프로그래머블 로직 시장에 전례 없는 최적화된 전원 솔루션을 제공하는 알테라의 노력에 중요한 이정표다”라고 말했다.

EM1130은SmartVID기능 및 PMBus v1.2 규격의 디지털 인터페이스를 제공한다. 출력 전류는 30 A에서 병렬연결을 통해 120 A까지 확장할 수 있다. 웨덴 이사는 “EM1130을 최대 6개까지 병렬 연결하여 최대 출력 180A까지 달성한 사용자도 있다”고 소개했다.

EM1130은 인덕터를 통합함으로써 전체적인 솔루션 크기를 줄일 수 있을 뿐 아니라, 온-저항이 낮은 MOSFET을 통합했다.

EM1130은 4.5~14.5 V의 입력 전압에 대해 출력 전압 0.7~5 V 범위에서 0.5% 미만의 정밀도와 10 mVp-p 미만의 리플을 유지하고 90%(정확히 89%) 가까운 전력 효율을 제공한다. 패키지의 외형 치수는 11×17×5 mm이다.





웨덴 이사는 “EM1130은 가장 작은 풋프린트로 타의 추종을 불허하는 시스템성능을 가능하게 하며, 모듈화한 경우에 전체 솔루션 풋프린트는 동급의 다른 경쟁 모듈들과 비교해 절반 이하다”고 강조했다. EM1130의 전체 솔루션 크기는 360 mm2다.

웨덴 이사는 “동등한 기능을 갖춘 타사 모듈에 비해 변환 효율이 3~6% 우수하다”며 “1%의 효율 개선은 270 mW의 전력이 절감되고, 보드 당 1 W의 절감은 연간 15~30달러의 비용이 절약된다. 따라서 보드를 100장 사용해 시스템을 운용하고 있는 데이터센터 등에서는 연간 150만~300만 달러의 비용을 절감할 수 있다”고 밝혔다. 아울러 소형패키지의 장점도 소개했다. 그는 “전원IC가 차지하는 보드 면적을 줄임으로써 사용자 중에는 보드에 탑재하는 FPGA를 4개에서 5개로 늘려 시스템 성능을20% 개선한 사례도 있다”고 소개했다.

EM1130에는 시스템의 부하 변동 상황에 따라서 변동이 적을 경우에는 스위칭 속도를 낮춰 안정적으로 공급하고, 반대로 변동이 많을 경우에는 스위칭 속도를 높여서 응답성을 올리는 적응식 보상(Adaptive Compensation) 기능이 탑재됐다. 또한 PMBus 인터페이스를 통해 최적의 전원 제어를 할 수 있다. 그 중 하나가 Arria 10과 Stratix 10 FPGA를 지원하는 SmartVID 기능과의 연동이다.

SmartVID에는 제조 공정 등의 차이에서 발생하는 칩 관련 정보가 기록돼 있다. 이 정보에 따라 동작전압을 낮춰도 기대하는 성능을 얻을 수 있는 칩의 경우 전원 IC에서 공급 전압을 낮춘다. 따라서 SmartVID을 활용하지 않는 경우에 비해 소비전력을 최대 40% 줄일 수 있다. 또한 PMBus 인터페이스를 통해 전류나 전압, 온도 등의 측정값을 EM1130과 시스템 간에 공유하면 DCR 센싱 방식에 비해 출력 전압 정확도를 4배 향상시킬 수 있다.

EM1130의 양산은 다음 달 5월로 예정돼 있다. PMBus 인터페이스를 내장하지 않는 제품도 준비했다. 웨덴 이사는“EM1130은 알테라의 디지털 전원 SoC제품군의 첫 번째 제품이지만, 내년에 다양한 디지털 전원 제품을 출시할 것”이라고 밝혔다.

EM1130은 Cyclone과 MAX 제품군에도 사용할 수는 있지만, 웨덴 이사는 저가형 FPGA에 권장할만한 조합은 아니라고 했다. 현재로서는 EM1130의 1차 타깃이 알테라의 FPGA이지만, 향후 FPGA 이외의 고객도 염두에 두고 있지 않은 것은 아니다.