Chip regulador híbrido de 28 nm promete elevar eficiência de processadores voltados a IA e redes 6G

Pesquisadores da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan, na Coreia do Sul, apresentaram um regulador híbrido de baixa queda (LDO) descrito como ultracompacto e altamente eficiente. O componente foi concebido para suprir duas necessidades críticas nos semicondutores modernos: estabilização de tensão sob variações súbitas de corrente e supressão de ruído elétrico. Em uma era em que sistemas integrados acomodam processamento de inteligência artificial (IA) e comunicação móvel de próxima geração, o microcircuito surge como potencial facilitador de maior desempenho e menor consumo energético.

Quem está por trás do avanço

O trabalho foi conduzido por uma equipe do Departamento de Engenharia Elétrica da universidade sul-coreana, liderada pelo professor Heein Yoon. O grupo publicou os resultados no IEEE Journal of Solid-State Circuits, revista de referência na área de projeto de circuitos integrados. A pesquisa inclui medições laboratoriais que sustentam a proposta de um design híbrido capaz de unir características dos domínios analógico e digital sem demandar componentes externos volumosos.

O que o dispositivo faz

O regulador LDO serve como última etapa no caminho de distribuição de energia de um sistema em chip (SoC). Sua função principal é garantir que a tensão fornecida a núcleos lógicos, blocos de memória ou módulos sem fio permaneça dentro de margens específicas, mesmo quando a corrente solicitada muda abruptamente. Além disso, o circuito precisa filtrar ruídos provenientes da fonte de alimentação, que podem se converter em erros de computação ou degradação de sinal.

Quando e onde os testes ocorreram

Os resultados divulgados referem-se a medições executadas em ambiente de laboratório na própria universidade. Embora a notícia não identifique uma data exata para os experimentos, o artigo científico recentemente indexado demonstra que as avaliações foram suficientemente robustas para registro em publicação especializada.

Como o projeto foi implementado

O ponto de ruptura tecnológica reside em um esquema denominado transferência digital-analógica contínua (D2A-TF). Nesse método, a transição entre circuitos digitais—responsáveis por reconfigurar o regulador de acordo com a demanda de carga—e seções analógicas—encarregadas da regulação fina—não depende de capacitores externos de grande valor, tradicionalmente usados para amortecer variações. Em vez disso, a arquitetura combina D2A-TF a um gerador de aterramento local (LGG), ferramenta que cria um ponto de referência estável e, consequentemente, reforça a rejeição de ruído.

Resultados experimentais detalhados

Durante ensaios sob variação de corrente de 99 mA, a oscilação de tensão ficou restrita a 54 mV, valor que demonstra forte capacidade de compensação dinâmica. Assim que a carga retornou ao nível anterior, o circuito precisou de 667 ns para restabelecer a tensão ideal—tempo de resposta considerado reduzido para aplicações de alta comutação. Em outra métrica chave, a rejeição de ruído alcançou 53,7 dB a 10 kHz quando o regulador alimentava uma carga de 100 mA.

Dimensões e processo de fabricação

O chip foi produzido em CMOS de 28 nm e ocupa 0,032 mm². A ausência de capacitores externos contribui diretamente para essa área diminuta. Em dispositivos que integram múltiplos subsistemas—CPU, GPU, aceleradores de IA, controladores de memória e rádios—cada milímetro quadrado economizado significa maior liberdade de projeto ou inclusão de funções adicionais.

Eficiência energética e modo de espera

Além da compacidade, o componente consome pouca energia quando o sistema está em repouso. O design foi planejado para ativar blocos internos somente durante picos de corrente, evitando perdas contínuas que impactariam a autonomia de dispositivos alimentados por bateria. A Figura de Mérito (FoM), parâmetro que relaciona área, consumo e desempenho, atingiu 0,029 ps, valor apontado pelos autores como recorde mundial entre reguladores da mesma categoria.

Por que isso importa para inteligência artificial

Aplicações de IA executadas em hardware embarcado, como smartphones, fones de ouvido inteligentes ou equipamentos industriais, alternam rapidamente entre estados de baixa e alta carga de trabalho. Cada transição exige que o subsistema de energia reaja com estabilidade para evitar quedas de tensão que possam interromper cálculos matriciais ou gerar erros de inferência. Ao manter oscilações dentro de 54 mV e recuperar-se em centenas de nanossegundos, o LDO sul-coreano se alinha às exigências de aceleradores neurais que operam em frequências elevadas.

Relevância para comunicações 6G

Embora o padrão 6G ainda esteja em fase de pesquisa, as projeções indicam taxas de dados superiores e latências inferiores às do 5G. Módulos de rádio apropriados para esse cenário dependem de fontes de alimentação silenciosas, pois qualquer perturbação pode degradar a qualidade de modulação ou incrementar o erro de bit. A rejeição de ruído de 53,7 dB registrada pelo novo regulador sinaliza adequação para circuitos de RF que operarão na próxima geração de redes móveis.

Comparação com reguladores tradicionais

Reguladores LDO convencionais, sobretudo em configurações híbridas, recorrem a capacitores externos para suavizar a transição entre as porções digital e analógica. Esses capacitores não apenas consomem área na placa, mas também impõem limitações de frequência de resposta. O design apresentado elimina o componente, mantendo desempenho compatível ou superior. Dessa forma, o chip propicia densidade de integração favorável a sistemas em encapsulamentos reduzidos, como módulos SiP (System-in-Package).

Consequências para a cadeia de semicondutores

O método D2A-TF e o LGG, ao demonstrarem resultados expressivos em nós de 28 nm, podem ser replicados em processos mais avançados no futuro. Cada salto de litografia tende a reduzir ainda mais a área, permitindo agregar múltiplas instâncias do regulador em um único SoC. Essa replicação é essencial porque diferentes blocos funcionais demandam níveis de tensão diversos e isolados, exigindo vários LDOs distribuídos.

Perspectivas de adoção industrial

Os dados laboratoriais sugerem que o regulador atende requisitos práticos de produtos de alto desempenho. A estabilidade de tensão, a rejeição de ruído, o tempo de resposta e a FoM recorde constituem argumentos técnicos sólidos para adoção em smartphones premium, roteadores de próxima geração, veículos autônomos e servidores de borda voltados a IA. A natureza híbrida digital-analógica ainda facilita a integração com controladores de gerenciamento de energia já existentes em muitos projetos.

Passos subsequentes segundo os pesquisadores

Os autores indicam que a etapa seguinte envolve validação em cenários de uso com cargas reais de processamento, como execução de jogos móveis ou transmissão de dados em alta frequência. Esse procedimento permitirá aferir a robustez do regulador fora do ambiente controlado do laboratório, condição fundamental para transferência de tecnologia à indústria.

Com base nos resultados obtidos, o regulador híbrido LDO de 28 nm criado na Coreia do Sul representa uma evolução significativa na gestão de energia em semicondutores que suportam IA e comunicação 6G. O equilíbrio alcançado entre área reduzida, estabilidade elétrica e eficiência energética posiciona o componente como candidato a se tornar peça central em futuras gerações de sistemas integrados de alto desempenho.