我國物聯(lián)網(wǎng)芯片上有什么新的研究成果

C114訊 4月20日消息（樂思）日前，在美國舉行的第67屆國際固態(tài)電路峰會（ISSCC 2020）上，我國科學(xué)家在國際上首次提出多級流水異步事件驅(qū)動型芯片架構(gòu)，研制出極低功耗的物聯(lián)網(wǎng)喚醒芯片。

該成果由北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)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(shù)高等研究院、芯翼信息科技（上海）有限公司合作完成。這一消息在業(yè)內(nèi)獲得了廣泛關(guān)注。據(jù)悉，該論文不僅在物聯(lián)網(wǎng)芯片領(lǐng)域取得了重要的突破性進展，同時也是北京大學(xué)該年度唯一入選的論文。

作為該技術(shù)課題的科研合作方和產(chǎn)業(yè)驗證平臺，芯翼信息科技市場總監(jiān)陳正磊在接受C114采訪時表示，未來隨著這項技術(shù)成果的落地，對于超低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將是一個顛覆性的創(chuàng)新。不僅將改變現(xiàn)在以及過去的物聯(lián)網(wǎng)終端省電的工作方式，同時也將實現(xiàn)兼顧超低功耗和無時延損失的實時監(jiān)控類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。

產(chǎn)業(yè)瓶頸：亟需解決“成／效”難題

隨著第五代移動通信技術(shù)（5G）正式商用，以及產(chǎn)業(yè)、需求、政策等多層面發(fā)力，物聯(lián)網(wǎng)進入爆發(fā)式發(fā)展階段。目前，全球移動物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)超過10億，其中NB-IoT經(jīng)過3年的快速發(fā)展，連接數(shù)已經(jīng)超過1億。智能水表、智能燃氣表、煙感、電動車監(jiān)控等典型應(yīng)用的連接數(shù)達到數(shù)百萬，甚至超過千萬，智慧路燈、智慧停車、智能門鎖等新興規(guī)?；瘧?yīng)用不斷涌現(xiàn)。

萬物互聯(lián)正逐漸成為現(xiàn)實，預(yù)計未來幾年聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)施數(shù)量將呈現(xiàn)指數(shù)級增長。數(shù)據(jù)顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達310億個，2025年將增長至740億個。中國是最大的物聯(lián)網(wǎng)連接市場，占比將近全球30%。

然而，縱觀中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，卻是喜憂參半?！跋病钡氖?，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用需求廣泛，潛在市場規(guī)模巨大，政府各部門對發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)態(tài)度積極。“憂”的一面主要表現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，存在諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展約束因素，就目前來看，物聯(lián)網(wǎng)想要真正步入尋常百姓家，還需要解決成本與效率之間的問題。

陳正磊表示，作為新興信息產(chǎn)業(yè)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的萬億級別市場正在逐步形成，超萬億級的設(shè)備和節(jié)點將通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)萬物互聯(lián)和萬物智聯(lián)。但是受限于體積、重量和成本等因素，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點需要在微型電池或能量收集技術(shù)進行供電的情況下，能夠持續(xù)工作數(shù)年乃至十年以上，這對芯片提出了苛刻的低功耗要求。

技術(shù)突破：首次提出全新芯片架構(gòu)

需求是驅(qū)動技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展的重要動力。為解決這一難題，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院微納電子學(xué)系的黃如院士-葉樂副教授課題組與浙江省北大信息技術(shù)高等研究院、芯翼信息科技（上海）有限公司合作，將傳統(tǒng)的周期性工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒绞录?qū)動型工作模式，顯著降低了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點在“隨機稀疏事件”場景下的功耗。

異步流水線事件觸發(fā)型芯片架構(gòu)圖（來源：北大新聞網(wǎng)）

課題組同時提出了時域屏蔽型閾值交叉模數(shù)轉(zhuǎn)換器Level-CrossingADC（LC-ADC）技術(shù)，解決了“噪聲誤觸發(fā)導(dǎo)致功能錯誤和功耗上升”這一傳統(tǒng)LC-ADC所固有的難題；并設(shè)計了基于時域脈沖信號處理技術(shù)的多功能信號特征判決器電路，通過離線或在線軟件定義的方式實現(xiàn)了對幅度、斜率、時間間隔、波峰、波谷等信號特征的組合判決，滿足了物聯(lián)網(wǎng)喚醒芯片對通用性的需求；此外，該芯片無時鐘信號和時鐘網(wǎng)絡(luò)，去除了芯片在待機狀態(tài)下的主要功耗來源。

陳正磊解釋稱，比如在日常生活中，很少出現(xiàn)火災(zāi)，但是一旦發(fā)生，其后果往往是非常嚴(yán)重的。物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點大多都是工作在這種“隨機稀疏事件”場景下，為了避免丟失隨時可能發(fā)生的事件，通常需要“休眠-喚醒”的頻率遠高于事件的真實發(fā)生率，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的功耗浪費。

“而基于上述創(chuàng)新技術(shù)，課題組研制了一顆極低功耗物聯(lián)網(wǎng)通用喚醒芯片，平均功耗僅為57納瓦，比當(dāng)前國際同類工作的最好水平提升了30倍。”

據(jù)悉，該芯片還可以在保證極低功耗的前提下實現(xiàn)更多復(fù)雜的無時鐘物聯(lián)網(wǎng)喚醒功能。該工作組首次提出的異步流水線事件驅(qū)動型架構(gòu)，為極低功耗物聯(lián)網(wǎng)芯片領(lǐng)域的研究提供了一種突破現(xiàn)有功耗瓶頸的研究思路和解決路徑。

商用前景：全面布局 AIoT生態(tài)

作為唯一一個參與該研究的物聯(lián)網(wǎng)芯片公司，芯翼信息科技在此次合作當(dāng)中，作為聯(lián)合作者，積極參與項目研發(fā)，并共同努力，為研究成果在ISSCC 2020上的重磅推出做出了突出的貢獻。

“該成果已經(jīng)完成了從零到一的技術(shù)突破，下一步要做的就是發(fā)揮從一到‘∞’的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，從而實現(xiàn)這項新技術(shù)真正的價值?！?陳正磊指出。

“要想實現(xiàn)技術(shù)與實際應(yīng)用完美結(jié)合，需要足夠清晰的市場化的嗅覺和思維，以及足夠強大的技術(shù)實力。芯翼信息科技作為物聯(lián)網(wǎng)芯片商業(yè)化創(chuàng)業(yè)公司，既有強大的技術(shù)實力，也有對市場需求精準(zhǔn)的把控。這樣既能保證這一創(chuàng)新技術(shù)在全世界的前沿領(lǐng)先性，也能實現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化價值，幫助科研成果真正走向落地?！?陳正磊強調(diào)。

陳正磊表示：“我們正致力于將此次技術(shù)成果逐步轉(zhuǎn)化為可商用的芯片產(chǎn)品，后續(xù)會繼續(xù)加強與北京大學(xué)的合作，同時結(jié)合該技術(shù)以及公司規(guī)模商用的NB-IoT芯片，推動更多物聯(lián)網(wǎng)細分應(yīng)用的落地?！?/p>

（部分內(nèi)容轉(zhuǎn)載自北大新聞網(wǎng)）

責(zé)任編輯：ct