日前，在美國舉行的第67屆國際固態(tài)電路峰會(huì)(ISSCC 2020)上，我國科學(xué)家在國際上首次提出多級(jí)流水異步事件驅(qū)動(dòng)型芯片架構(gòu)，研制出極低功耗的物聯(lián)網(wǎng)喚醒芯片。作為領(lǐng)域內(nèi)突破性成果之一，論文入選ISSCC 2020。
作為新興信息產(chǎn)業(yè)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的萬億級(jí)別市場正在逐步形成。然而受限于體積、重量和成本等因素，可穿戴設(shè)備、智能家居、無線傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，對(duì)芯片提出了苛刻的低功耗要求。
目前，降低物聯(lián)網(wǎng)芯片功耗的主要研究方向是基于周期性工作模式的專用型喚醒芯片。也就是說，它是通過讓芯片處于周期性的“休眠-喚醒”的切換狀態(tài)，來實(shí)現(xiàn)降低功耗的目的，但頻繁的喚醒動(dòng)作，仍導(dǎo)致了嚴(yán)重的功耗浪費(fèi)。
為突破現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)芯片的功耗瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)首次提出的多級(jí)流水異步事件驅(qū)動(dòng)型芯片架構(gòu)，將傳統(tǒng)的“定期上報(bào)”的周期性工作模式，轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;出現(xiàn)異常再報(bào)警”的異步事件驅(qū)動(dòng)型工作模式。這一全新的設(shè)計(jì)，顯著降低了物聯(lián)網(wǎng)芯片在“隨機(jī)稀疏事件”場景下的功耗。
此外，課題組同時(shí)提出了時(shí)域屏蔽型閾值交叉模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)，解決了“噪聲誤觸發(fā)導(dǎo)致功能錯(cuò)誤和功耗上升”難題;設(shè)計(jì)了基于時(shí)域脈沖信號(hào)處理技術(shù)的多功能信號(hào)特征判決器電路，滿足了物聯(lián)網(wǎng)喚醒芯片對(duì)通用性的需求;去掉了時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，將芯片在待機(jī)狀態(tài)下的主要功耗來源徹底摒棄。
基于上述創(chuàng)新技術(shù)，課題組研制了一顆極低功耗物聯(lián)網(wǎng)通用喚醒芯片。其平均功耗僅為57納瓦，比當(dāng)前國際同類工作的最好水平提升了數(shù)十倍。該芯片在心率異常預(yù)警、心電T波異常預(yù)警、癲癇預(yù)警、語音喚醒等典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景進(jìn)行了驗(yàn)證。
該成果由北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院微納電子系的黃如院士-葉樂副教授課題組，與浙江省北大信息技術(shù)高等研究院、芯翼信息科技(上海)有限公司合作完成。
據(jù)了解，ISSCC會(huì)議每年2月中旬在美國舊金山召開，是芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域公認(rèn)的頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議，有著“芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域國際奧林匹克大會(huì)”的美譽(yù)。在長達(dá)近七十年的會(huì)議歷史中，多項(xiàng)“芯片領(lǐng)域里程碑式發(fā)明”均在ISSCC首次披露。該論文是歷年來中國大陸地區(qū)入選的48篇論文之一，也是北京大學(xué)年度唯一入選論文。
