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我国科学家研发超低功耗物联网芯片 论文入选ISSCC 2020

在美国举行的第67届国际固态电路峰会(ISSCC 2020)上,我国科学家在国际上首次提出多级流水异步事件驱动型芯片架构,研制出极低功耗的物联网唤醒芯片。作为领域内突破性成果之一,论文入选ISSCC 2020。

作为新兴信息产业的重要应用领域,物联网的万亿级别市场正在逐步形成。然而受限于体积、重量和成本等因素,可穿戴设备、智能家居、无线传感器、环境监测等物联网节点,对芯片提出了苛刻的低功耗要求。

目前,降低物联网芯片功耗的主要研究方向是基于周期性工作模式的专用型唤醒芯片。也就是说,它是通过让芯片处于周期性的“休眠-唤醒”的切换状态,来实现降低功耗的目的,但频繁的唤醒动作,仍导致了严重的功耗浪费。

为突破现有物联网芯片的功耗瓶颈,研究团队首次提出的多级流水异步事件驱动型芯片架构,将传统的“定期上报”的周期性工作模式,转变为“出现异常再报警”的异步事件驱动型工作模式。这一全新的设计,显著降低了物联网芯片在“随机稀疏事件”场景下的功耗。

此外,课题组同时提出了时域屏蔽型阈值交叉模数转换器技术,解决了“噪声误触发导致功能错误和功耗上升”难题;设计了基于时域脉冲信号处理技术的多功能信号特征判决器电路,满足了物联网唤醒芯片对通用性的需求;去掉了时钟信号和时钟网络,将芯片在待机状态下的主要功耗来源彻底摒弃。

基于上述创新技术,课题组研制了一颗极低功耗物联网通用唤醒芯片。其平均功耗仅为57纳瓦,比当前国际同类工作的最好水平提升了数十倍。该芯片在心率异常预警、心电T波异常预警、癫痫预警、语音唤醒等典型物联网应用场景进行了验证。

该成果由北京大学信息科学技术学院微纳电子系的黄如院士-叶乐副教授课题组,与浙江省北大信息技术高等研究院、芯翼信息科技(上海)有限公司合作完成。

据了解,ISSCC会议每年2月中旬在美国旧金山召开,是芯片设计领域公认的顶级学术会议,有着“芯片设计领域国际奥林匹克大会”的美誉。在长达近七十年的会议历史中,多项“芯片领域里程碑式发明”均在ISSCC首次披露。该论文是历年来中国大陆地区入选的48篇论文之一,也是北京大学年度唯一入选论文。

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