一款基于定制ASIC芯片設(shè)計(jì)的低功耗柔性智能手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)

隨著信息時(shí)代的蓬勃發(fā)展，智能系統(tǒng)的高度集成性與強(qiáng)大信息處理能力，使其廣泛應(yīng)用于民用和軍用領(lǐng)域。其中，多種傳感和處理模塊的集成不斷增加了智能系統(tǒng)的整體功耗。同時(shí)，隨著更多功能需求的增加，智能系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)量也隨之增加。因此，如何控制智能系統(tǒng)的功耗問(wèn)題變得愈發(fā)嚴(yán)峻。

為了滿(mǎn)足上述智能系統(tǒng)降低功耗的需求，可使用專(zhuān)用集成電路（ASIC）的來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通用集成電路。與批量生產(chǎn)的通用集成電路相比，ASIC具有體積更小、功耗更低、可靠性更高、性能更高、機(jī)密性更高以及成本更低的優(yōu)點(diǎn)。ASIC設(shè)計(jì)主要分為數(shù)字信號(hào)處理（DSP）和模擬信號(hào)處理（ASP）兩種類(lèi)型。對(duì)于DSP，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理單元（NPU）數(shù)字加速器是提高處理效率的常見(jiàn)選擇。但是，隨著傳感器數(shù)據(jù)吞吐量的增加，基于NPU的數(shù)字加速器仍然遭受高功耗的困擾。智能系統(tǒng)的時(shí)鐘在計(jì)算時(shí)無(wú)法平衡系統(tǒng)能效和整體功耗。與DSP相比，ASP更加節(jié)能。ASP不依賴(lài)系統(tǒng)時(shí)鐘的上升沿或下降沿來(lái)觸發(fā)，可以隨時(shí)處理傳入的傳感信號(hào)。這種處理包括在模擬端直接將原始信號(hào)相乘和相加等運(yùn)算操作，然后再將模擬特征值傳遞至模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近期，華東師范大學(xué)通信與電子工程學(xué)院吳幸教授與清華大學(xué)喬飛副研究員、華南師范大學(xué)李昕明研究員合作，通過(guò)組合柔性二維（2D）材料和模擬計(jì)算芯片，開(kāi)發(fā)了一款基于定制ASIC芯片設(shè)計(jì)的低功耗柔性智能手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)（Analog Sensing and Computing Systems with Low Power Consumption for Gesture Recognition）。該成果在線發(fā)表于本領(lǐng)域重要期刊Advanced Intelligent Systems。在此項(xiàng)工作中，吳幸教授課題組成員使用帶有石墨烯填充物的壓敏海綿傳感器，制備了一種柔性手套，該手套可用于檢測(cè)和識(shí)別不同的手勢(shì)。同時(shí)，為了消除系統(tǒng)時(shí)鐘帶來(lái)的功耗，提出了一種采用近傳感器處理架構(gòu)的新型模擬計(jì)算定制ASIC芯片。它通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)了二進(jìn)制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，并在硬件級(jí)別完成了對(duì)傳輸信號(hào)的識(shí)別。該ASIC芯片具有低于1.8 mW的低功耗，用于高壓感應(yīng)材料組裝的手套可以識(shí)別包括阿拉伯?dāng)?shù)字0~9在內(nèi)的啞語(yǔ)手勢(shì)，識(shí)別率高達(dá)98.5%。此項(xiàng)研究工作為智能可穿戴電子領(lǐng)域中超低功耗定制智能芯片的發(fā)展前景提供了全新方向。

基于定制ASIC芯片設(shè)計(jì)的低功耗柔性智能手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)

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