Flexible DC/DC-Controller Für die nächste Generation Router und Switches

Die zunehmende Komplexität von Routern und Switches erfordert vom Stromversorgungsdesigner die Entwicklung von Geräten unterschiedlicher Leistungsklassen. Ein skalierbarer DC/DC-Controller kann im Powertrain flexible Lösungen für moderne Kommunikations- und Netzwerk-Produkte bieten.

Stromversorgungshersteller müssen die Effizienz erhöhen, die Größe reduzieren und flexible Lösungen bieten, die über verschiedene Plattformen skalierbar sind. Systemdesigner befassen sich laufend mit verschiedenen Variationen einer Basisarchitektur, die es ermöglichen, High-, Medium- und Low-End-Systeme mit unterschiedlichen Merkmalen zu kreieren. Beispiele für Komponenten, die hinzugefügt, entfernt oder an die Systemanforderungen angepasst werden können, sind Content-Addressable Memory (CAM), Ternary Content-Addressable Memory (TCAM), ASICs, Kunden-ICs und FPGAs.

Ein CAM wird oft als Gegenstück zum RAM bezeichnet. Um aus dem RAM Daten auszulesen, muss eine Speicheradresse angegeben werden. Auf Daten im CAM greift man über den Inhalt des Speichers zu; der Speicher gibt dann die zugehörige Adresse aus. Wegen ihrer parallelen Natur sind CAMs viel schneller als RAMs, brauchen aber mehr Strom und werden wärmer. CAMs sind teuer, deshalb findet man sie normalerweise nicht in PCs. Selbst Router-Hersteller sparen an CAMs und implementieren lieber Software-basierte Suchalgorithmen. CAMs findet man in Netzwerkkomponenten wie Intels IXP-Karten und in verschiedenen Routers oder Switches. Die am meisten verwendeten CAMs sind binäre CAMs. Sie suchen nur nach Nullen und Einsen. In jedem Switch, der Ethernet Frames mit Gigabit-Geschwindigkeit überträgt, werden CAMs für Lookups verwendet. Würde RAM eingesetzt werden, müsste sich das Betriebssystem immer an die jeweilige Speicheradresse der Daten erinnern. Mit CAMs findet das Betriebssystem, was es braucht, in einer einzigen Operation. Ein TCAM ist ein spezieller schneller Speicher, der den ganzen Inhalt in einem Taktzyklus durchsucht. Der Term Ternary weist auf die Fähigkeit des Speichers hin, Daten unter Verwendung von drei unterschiedlichen Eingängen zu speichern und abzufragen: 0, 1 und X. Der „X”-Eingang, auch „don’t care“ oder „wildcard” genannt, ermöglicht dem TCAM breitere Suchen nach Übereinstimmungen von Mustern. Im Gegensatz dazu suchen binäre CAMs nach exakten Übereinstimmungen von Nullen und Einsen. Routers können die gesamte Routing-Tabelle in TCAMs speichern, was sehr schnelle Look-ups ermöglicht. TCAMs beschleunigen Look-up-Geschwindigkeit, Paketklassifizierung und -transport, benötigen aber mehr Strom als CAMs. CAMs und TCAMs erfordern sehr exakte Setpoints und haben hohe Anforderungen bei Spannungstransienten – beides Herausforderungen für den Entwickler der Stromversorgung.

Moderne ASICs, auch in Routers und Switches zu finden, verfügen oft über einen Mikroprozessor, Speicherblöcke einschließlich ROM, RAM, EEPROM, Flash und andere große Funktionsblöcke. ASICs werden oft auch SoC (System-on-Chip) genannt und benötigen Hunderte von Ampere mit Spannungen im Bereich 0,8 V bis 1,2 V. Wie bei TCAM und CAM sind auch hier die Genauigkeit der Setpoints und das Transientenverhalten wichtig für die Gesamtleistung einer Lösung. Auch deren Größe und die präzise Steuerung der Ströme sind entscheidende Anforderungen an den Stromversorgungs-Designer. Auch die programmierbaren FPGAs werden in Routers und Switches eingesetzt, da sie entsprechend den Anforderungen zugeschnitten werden können. Auch sie benötigen unterschiedliche Versorgungsspannungen und die Cores benötigen oft mehr als 100 A.

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