如何通过低功耗设计快速跟踪无处不在的物联网?

  在智能手表、半自动驾驶汽车、健身追踪器等时代,不可否认物联网 (IoT) 几乎已经占据了我们生活的方方面面。对即时一切的需求已达到历史最高水平,而且没有放缓的迹象。

如何通过低功耗设计快速跟踪无处不在的物联网?

  这些物联网设备的核心是普遍的云计算和机器学习过程,这些过程通过具有通过互联网或数据中心吸取大量信息的独特能力的连接来实现。虽然物联网设备已经成为技术领域的一部分已经有一段时间了,但正是它们与云的连接才揭示了指数级的可能性。

  然而,芯片设计人员必须应对的核心问题是,消费者现在期望不断降低成本的创新周期,同时希望他们的物联网设备变得越来越紧凑和即时响应。由于这些需求,芯片设计人员不得不做出艰难的决定,以牺牲连接性、个性化和传感器处理等重要功能,所有这些都是为了在特定成本目标下获得足够的电池寿命。

  今天的设计团队正在研究开发设备的各种途径,这些设备的架构可以支持多种无线连接标准并促进最佳电源效率,同时提供额外的价值,很多时候增加了一些人工智能决策能力。这促使采用了某些行业已经使用了数十年但以前成本过高的绝大多数 SoC 的额外功率降低技术。

  在全球范围内,公司正在为我们日常使用的便携式小工具开发附加特性和功能。这些产品成功的关键区别在于通过降低复杂处理任务的功耗来延长电池寿命。

  在物联网边缘设备内部,底层芯片执行三个主要功能:传感、处理和通信。引起业界对低功耗设计重新燃起兴趣的原因是市场对物联网设备具有高性能、长电池寿命和移动性的需求不断增长。

  从根本上说,低功耗设计的目标是尽可能地降低功耗的动态和静态分量。这些功率组件中的每一个的值都与频率、峰值电流、电压等因素直接相关。为了在消耗最少功率的同时获得最佳性能,通过各种低功耗技术和方法来测试这些因素中的每一个的折衷方案,以满足不断增长的市场需求。

  在开发低功耗设计时,有多种方法可供选择:

  ◆ 多电压域:通过这个过程,芯片的操作组件根据性能特征被分配到不同的电压域块中。基本设计不是将整个区域归类为高性能,而是有助于确定芯片的哪个区域需要更高的电压才能正常工作。

  ◆ 电源门控:根据其电源域,IC 内的功能被划分为多个模块,很像多电压方法。此过程实质上是完全关闭模块的电源,从而实现静态和动态节能。

  ◆ 寄存器保留:在这种技术中,块中的触发器子集或所有触发器在块关闭时保存其先前的值;打开时,值将恢复。通过缩短恢复模块原始状态所需的时间和步骤,这改善了整体加速时间并节省了电力。这种方法通常与电源门控技术结合使用。

  ◆ 时钟门控:通过减少整体开关活动和对多个多路复用器的需求,时钟门控降低了使用的动态功耗并节省了大量面积。

  除了上述低功耗设计方法外,还需要有效管理压缩的 AI 算法,这可能会提供较低的灵活性但功耗要低得多。随着硬件和软件协同设计变得越来越普遍,这种意识形态的支点改变了物联网设计世界并彻底改变了关于电源的对话。

  为了满足世界对即时连接、提高移动性和人工智能部署不断增加的需求,公司将不得不投资于升级的 SoC 设计技术、设计优化和定制工具,这些工具使用特定的 IP 硬件和软件对系统进行建模。

  物联网设计路线图将以提高运营效率为基础,这可能会延迟下一代成本降低,但显然会为用户增加显着价值。

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