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我國科學家研發超低功耗物聯網芯片 論文入選ISSCC 2020

在美國舉行的第67屆國際固態電路峰會(ISSCC 2020)上,我國科學家在國際上首次提出多級流水異步事件驅動型芯片架構,研制出極低功耗的物聯網喚醒芯片。作為領域內突破性成果之一,論文入選ISSCC 2020。

作為新興信息產業的重要應用領域,物聯網的萬億級別市場正在逐步形成。然而受限于體積、重量和成本等因素,可穿戴設備、智能家居、無線傳感器、環境監測等物聯網節點,對芯片提出了苛刻的低功耗要求。

目前,降低物聯網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,來實現降低功耗的目的,但頻繁的喚醒動作,仍導致了嚴重的功耗浪費。

為突破現有物聯網芯片的功耗瓶頸,研究團隊首次提出的多級流水異步事件驅動型芯片架構,將傳統的“定期上報”的周期性工作模式,轉變為“出現異常再報警”的異步事件驅動型工作模式。這一全新的設計,顯著降低了物聯網芯片在“隨機稀疏事件”場景下的功耗。

此外,課題組同時提出了時域屏蔽型閾值交叉模數轉換器技術,解決了“噪聲誤觸發導致功能錯誤和功耗上升”難題;設計了基于時域脈沖信號處理技術的多功能信號特征判決器電路,滿足了物聯網喚醒芯片對通用性的需求;去掉了時鐘信號和時鐘網絡,將芯片在待機狀態下的主要功耗來源徹底摒棄。

基于上述創新技術,課題組研制了一顆極低功耗物聯網通用喚醒芯片。其平均功耗僅為57納瓦,比當前國際同類工作的最好水平提升了數十倍。該芯片在心率異常預警、心電T波異常預警、癲癇預警、語音喚醒等典型物聯網應用場景進行了驗證。

該成果由北京大學信息科學技術學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高等研究院、芯翼信息科技(上海)有限公司合作完成。

據了解,ISSCC會議每年2月中旬在美國舊金山召開,是芯片設計領域公認的頂級學術會議,有著“芯片設計領域國際奧林匹克大會”的美譽。在長達近七十年的會議歷史中,多項“芯片領域里程碑式發明”均在ISSCC首次披露。該論文是歷年來中國大陸地區入選的48篇論文之一,也是北京大學年度唯一入選論文。

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