To achieve energy-efficient processing in High-Performance Computing (HPC), it's crucial to efficiently supply the required power to the processor through power management circuits. Traditional power management approaches that rely on large external components often cannot keep up with the rapid demands of processors, leading to inefficient power usage. For this reason, there has been significant research on fully-integrated voltage regulators (FIVRs) that integrate passive components into Integrated Circuits (ICs) to quickly respond to processor demands. Particularly, HPC applications that require very high power levels, the need for Multi-phase (MP) power sources, which use multiple inductors to deliver significant power to the processor, has become increasingly important. In this thesis, converters are presented that addresses the issue of current imbalance in MP-FIVRs by using flying capacitors and also maximizes the utilization of die area to achieve fast operational characteristics across a wide range of load currents.
High performance computing (HPC)의 에너지 효율적인 프로세싱을 위해서는 전력 관리 회로 가 프로세서의 필요전력량을 원활히 공급하여야 한다. 큰 외장 소자를 이용한 종래의 전력 관리 방식은 프로세서의 요구를 빠르게 따라가지 못하기 때문에 전력이 효율적으로 사용 되지 못한다. 이런 이유로 종래의 외장 소자를 이용한 전력 변환 방식이 아닌 수동소자를 Integrated circuit (IC)에 집적화 시켜 프로세서의 요구를 빠르게 대응하는 형태의 완전 집적형 전력관리 회로 (Fully-integrated voltage regulator, FIVR)가 매우 많이 연구되고 있다. 특히 매우 높은 전력량을 필요로 하는 HPC의 프로세서의 특성으로 여러 인덕터를 이용해 큰 전력을 프로세서에 전달할 수 있는 Multi-phase (MP) 전력원의 필요성이 매우 높아졌다. 본 학위논문에서는 MP-FIVR의 전류 불균형 문제를 Flying-capacitor를 이용해 해결을 하고 die 면적을 최대한 잘 활용해 넓은 부하 전류 범위에서도 빠른 동작 특성을 얻을 수 있는 컨버터를 제시하고 있다.
