智能感知平台(结构如图1所示)包括通用电阻、电容、磁阻式传感器调理电路、低功耗处理器、低功耗广域网通信模块,可外挂目前主流的各种传感器,完成感知层的数据分析、特征提取、数据压缩和传输层的通信网络协议以及应用层的应用程序,广泛应用于工业自动化、便携式设备、智能家居等领域。低功耗处理器作为智能感知平台的核心器件,有着苛刻的功耗要求。
研发团队在国家“863”项目、中科院“先导专项”、国家自然科学基金项目的支持下,将近/亚阈值技术应用于此类芯片,同时综合采用智能电源/时钟管理技术、超低漏电电路设计技术,成功研发出了极低功耗处理器芯片,功耗指标达到国际先进水平,与同类型芯片的对比结果如图2所示。
近/亚阈值技术是近年来最前沿、最有效的极低功耗技术,能够同时优化系统的动态功耗及静态功耗(如图3所示)。研发团队多年来一直专注于该技术的研究,先后研发出近/亚阈值标准单元库、近/亚阈值存储器、以及支持数字系统的时序设计技术。通过综合采用近阈值晶体管特性、工艺偏差分析、噪声容限优化等前沿技术手段,这些IP库能够稳定工作在0.5V,动态功耗下降19倍,静态功耗下降7倍。该芯片采用智能电源/时钟管理技术,可支持多种工作模式,包括Active、Low Power Active、Idle、Standby、BackUp、Off等模式,以保证芯片在不同的应用场景下,都能够用最简单的逻辑、最低的能量消耗来完成。为降低待机模式的漏电功耗,该芯片采用了超低漏电存储器、超低漏电逻辑设计等技术,并结合精细的电源及IO管理策略,使得最低模式的漏电功耗仅25nA,达到当前极低功耗处理器芯片的领先水平。
测试结果表明,该芯片的性能及功耗指标已达到国际先进水平,满足工业计量、远程控制、医疗电子、无线传感等物联网节点的应用需求,致力于为快速发展的物联网市场提供业内最低功耗的智能感知平台。
图1 低功耗智能感知平台框图(左)与低功耗处理器芯片(右)
图2 低功耗处理器性能功耗对比情况
图3 低电压技术的优势(左)及本处理器的低电压效果图(右)