下一代工藝技術(shù)促成了iot大發(fā)展

　　現(xiàn)在很難在某一次會(huì)議上聽不到或者看不到關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和可穿戴式計(jì)算的討論。但是，請(qǐng)讀下去。當(dāng)人們還在爭(zhēng)論 IoT 設(shè)備 5 年內(nèi)是會(huì)達(dá)到 200 億規(guī)模還是 40 億規(guī)模的時(shí)候，一個(gè)意外的挑戰(zhàn)已經(jīng)浮出水面。人們都認(rèn)為市場(chǎng)上最新的半導(dǎo)體技術(shù)也是您下一設(shè)計(jì)最好的工藝技術(shù)，這種想法促進(jìn)了 IoT 的雪崩式發(fā)展。

　　最近在硅谷舉行的 TSMC 輔助支持系統(tǒng)論壇上清楚的闡述了這種發(fā)展。隨著 20、16 和 10 nm 工藝的發(fā)展，最大的代工線負(fù)責(zé)人宣稱，在老工藝尺寸基礎(chǔ)上，不到 5 個(gè)低功耗新工藝代就回到了 180 nm。為什么——為什么這么多？

　　在小系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這些問題構(gòu)成了新現(xiàn)實(shí)。

　　對(duì)電源的其他分析

　　并不是 IoT 發(fā)起了低功耗工作模式。多年以來，超低功耗微控制器領(lǐng)域就有此類產(chǎn)品。但是，大肆的宣傳使得業(yè)界特別關(guān)注低功耗問題的兩個(gè)方面：在很多 IoT 和可穿戴節(jié)點(diǎn)上以極低功耗可靠的工作，還有非常低的占空比。

　　極低功耗需求的來源不同尋常：能量收集。一些 IoT 設(shè)計(jì)人員并沒有費(fèi)勁的將電池裝到極小的封裝中或者難以企及的空間里，而是選擇從節(jié)點(diǎn)環(huán)境中收集能量。他們使用了小型光電池，從周圍光中收集能量，采用熱電變換器轉(zhuǎn)換浪費(fèi)的熱量，使用慣性發(fā)電機(jī)把運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電流，還有一些其他手段。一般的結(jié)果是可靠的少量電源——至少結(jié)合了小的可充電電池和超級(jí)電容。

　　如果您能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)耗電保持在一定的功率預(yù)算范圍內(nèi)，從很實(shí)用的熱電轉(zhuǎn)換器的幾百 μW 到光線暗淡的室內(nèi)微小光電池的幾個(gè) μW，那么這種策略避免了換電池等問題。

　　作為對(duì)比，較低的占空比并不是約束而是機(jī)遇。一般而言，距離數(shù)據(jù)中心越遠(yuǎn)，節(jié)點(diǎn)的大部分空閑的時(shí)間就越長(zhǎng)。數(shù)據(jù) 心的目標(biāo)應(yīng)該是不低于 80%的利用率。但是在今年的熱點(diǎn)芯片大會(huì)上，ARM CTO Mike Muller 估計(jì) CPU 瀏

　　覽網(wǎng)頁的平均工作時(shí)間是 7%，MP3 回放任務(wù)大約是 3%。距離核心越遠(yuǎn)，IoT 節(jié)點(diǎn)對(duì)空氣溫度進(jìn)行周期性采樣時(shí)，可能每小時(shí)只有幾個(gè)毫秒在工作，占總時(shí)間的百萬分之一。

　　很明顯，低占空比應(yīng)該是降低能耗的好機(jī)會(huì)。問題是怎么辦。要解決這一問題，我們得回到工藝技術(shù)和超低功耗問題上。

　　研究占空比

　　在低占空比系統(tǒng)中，降低能耗（從而延長(zhǎng)電池使用壽命）最高效的策略與您的老奶奶處理電費(fèi)的策略一樣：不使用時(shí)關(guān)掉它。但是這種好建議的背后卻涉及到詳細(xì)的規(guī)劃和某些困難的決定。

　　關(guān)掉電源意味著將狀態(tài)存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器中，除非您設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)不需要持續(xù)的狀態(tài)信息就能夠工作。但是保存狀態(tài)需要花費(fèi)時(shí)間和能耗，寫入閃存會(huì)需要很大的突發(fā)能耗，這也要有大功率能源。因此，這并不總是可行的——特

　　別是空閑時(shí)間很短或者不可預(yù)測(cè)的情形。在這些情形中，您可能需要保持?jǐn)?shù)據(jù)的低功耗模式，包括在狀態(tài)機(jī)中和在存儲(chǔ)器中（圖 1）。這也是老節(jié)點(diǎn)及其大規(guī)模晶體管再次被關(guān)注的原因。