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          如何實現低功耗的物聯網芯片設計

          時間:2022-05-18 17:10:31來源: EEWORLD

          導語:?在智能手表、自動駕駛、物流追蹤器等等屢見不鮮的時代,無法否認物聯網(IoT)已經占據了我們生活的幾乎每個方面。對即時信息處理的一切需求已經達到了歷史最高點,而且沒有放緩的跡象。

            這些物聯網設備的核心是隨時隨地的云計算和機器學習,這些過程通過連接實現,需要連接互聯網交互大量信息。雖然物聯網設備成為技術領域的一部分已經有一段時間了,但正是它們與云的連接揭示了指數級增長的可能。

            然而,芯片設計者不得不面對的核心問題是,消費者現在期望一個不斷降低成本的創新周期,希望他們的物聯網設備越來越緊湊,并能即時響應。由于這些要求,芯片設計者不得不做出艱難的決定,在連接性、個性化和傳感器處理等重要功能上做出妥協,所有這些都是為了在特定成本目標下獲得足夠的電池壽命。

            今天,設計團隊正在研究各種途徑,以開發具有架構的設備,這些架構可以支持多種無線連接標準,促進最佳的電源效率,并提供額外的價值,比如增加一些人工智能決策能力。這促使人們采用了某些行業已經使用了幾十年的額外的降功耗技術,但以前這些技術的成本對絕大多數的SoC來說是難以承受的。

            在全球范圍內,各公司正在為我們日常使用的便攜式小工具開發額外的特性和功能。這些產品成功的一個關鍵差異化因素是通過減少復雜處理任務的功耗來改善電池壽命。

            在物聯網邊緣設備內部,底層芯片執行三個主要功能:傳感、處理和通信。導致業界對低功耗設計重新產生興趣的原因是,市場對物聯網設備具有高性能、長電池壽命和移動性的需求不斷增加。

            從根本上說,低功耗設計的目標是盡可能地減少功耗的動態和靜態部分。這些功率成分的每一個值都與頻率、峰值電流、電壓等因素直接相關。為了在消耗最少功率的同時獲得最佳的性能,需要通過各種低功耗技術和方法來測試這些因素中的每一個妥協,以滿足不斷增長的市場需求。

            在開發低功耗設計時,有多種方法可供選擇。

            - 多電壓域。通過這個過程,芯片的操作元件被分配到各種電壓域塊中,取決于性能特征。而不是將整個區域歸類為高性能,設計有助于幫助芯片具體布局,哪個區域需要更高的電壓才能正常工作。

            - 電源門控。根據它們的功率域,集成電路內的功能被劃分為不同的塊,這與多電壓方法很相似;旧鲜峭耆P閉一個區塊的電源,從而節省了靜態和動態電源。

            - 寄存器保留。在這種技術中,無論是塊中的一個子集還是所有的子集,當塊被關閉時,它們以前的值被保存下來;當打開時,這些值被恢復。通過縮短恢復原始狀態所需的時間和步驟,這改善了整體的喚醒時間,并節省了電力。這種方法通常與電源門控技術同時使用。

            - 時鐘門控。通過減少整體的開關活動和對多路復用器的需求,時鐘門控減少了使用的動態功率,并節省了大量的面積。

            除了上述低功耗設計方法外,還需要對壓縮的人工智能算法進行有效管理,這些算法可能提供較少的靈活性和準確性,但功率卻低得多。這種轉變改變了物聯網設計領域,并徹底改變了關于功率的設計流程,因為硬件和軟件協同設計變得更加普遍。

            為了解決世界上對即時連接、增加移動性和日益增加的人工智能部署的渴望,公司將不得不投資于升級的SoC設計技術、設計優化和定制工具,用特定的IP硬件和軟件對系統進行建模。

            物聯網設計路線圖將增強運營效率,這可能會推遲下一代成本的降低,但顯然會給用戶帶來重大價值。

          標簽: 物聯網

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