对于电源传输系列一共有三个章节，在本文的第一章中，作者Shidhartha Das探索了电源传输在设计移动系统中所面临的挑战。
高性能移动系统
众所周知，电源传输对于高端的企业服务器和桌面级系统都是很大的挑战。在低电源电压(\~1V) 情况下提供大电流(>100A)，保证电源轨道上的容错在正负10%以内，也不是一项简单的工程!
相比之下，移动CPU在功率传输方面没有类似的限制，因为它们消耗的是数量级较低的电流，这在一定程度上缓解了电源传输方面的挑战。然而，近年来，通过向量化执行（vectorized execution）、更宽的问题队列（issue queues）和更高的操作频率(>2GHz)这三个技术的结合，移动平台上逐渐开始出现高性能CPU内核。一方面，这使移动CPU能够提供不久前台式计算机所能达到的性能水平。然而，就像企业服务器系统一样，即使在移动世界，高峰值功耗也常常是高性能所必须付出的代价。
峰值功耗
您可能已经注意到我使用的是“峰值功耗”而不是“功耗”。这一区别在电力系统设计中非常重要，这不仅仅是文字游戏。典型的计算工作负载消耗的CPU电量可能与某些特定工作负载消耗的CPU电量有很大的不同，后者要求非常高的性能，但代价是非常高的电量。这些特殊范围的工作负载——例如，可能需要解决复杂物理计算的游戏工作负载，或者可能需要重量级DSP计算的机器学习工作负载——通过最大限度地使用其计算能力来对系统施加压力。在这过程中，他们会导致最大程度的电路开关切换活动，进而表现为峰值功耗。
良好的工程实践要求我们设计能够牢固的供应电力输送系统，以满足最坏情况下的需求。这意味着必须为印刷电路板配备足够的去耦电容器（decaps），并且电源管理集成电路（PMIC）必须具有足够的电流源能力。在本系列的第二章中，我将讨论decaps如何过滤进入片上晶体管上电源电压。所有这些功能都增加了整个平台的成本，对于移动系统来说，这可能是无法接受的开销，因为移动系统通常对成本和尺寸大小的限制非常敏感。
电源传输网络
系统峰值功耗因系统对电压噪声的敏感性要求的增加而进一步被限制。一个理想的电源传输网络(PDN)可以为芯片上的所有晶体管提供稳定的直流电压。但晶体管的实际供电电压会在供电电压下降时出现压降，或者在供电电压高于其理想（或预期）电压时出现过冲。在压降状态下，晶体管变慢，因此计算需要更长的时间来完成。电压过冲也是不可取的，因为过量电压偏置会对极薄的晶体管栅氧化物造成压力，使其老化速度加快，并导致故障早发。因此，理想情况下，我们希望PDN能够创造平滑的电源电压供应条件，避免供应压降和过冲。
但是现实的结果是差强人意的。要理解为什么会这样，重要的是要理解PDN的组件以及它们所扮演的特定角色。我将在本系列的下一章节中讨论这个问题。
作者：Shidhartha Das
翻译：Khorina
原文链接：https://community.arm.com/developer/research/b/articles/posts/power-delivery-for-high-performance-mobile-systems
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