NUS科研 | 新加坡國立大學(xué)新技術(shù)讓電池壽命延長1.5倍！

　　近日，新加坡國立大學(xué)（NUS）工程研發(fā)團(tuán)隊成功的發(fā)明了一種全新的重新配置技術(shù)。該革命性的技術(shù)可以使用電池供電的硅芯片能夠更快，更長時間地工作。

　　物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)在重要的發(fā)展方向，對于我們?nèi)粘Ｉ�活以及許多行業(yè)的未來產(chǎn)生著重要的影響。從概念走向現(xiàn)實(shí)的過程中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遭遇到的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一，就是在嚴(yán)格受限的能源條件下進(jìn)行長期持久的操作，這需要極高的功率效率。

　　據(jù)立思辰留學(xué)介紹，新加坡國立大學(xué)（NUS）工程團(tuán)隊研發(fā)的這項全新的重新配置技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的低最小功耗和高峰值性能，該技術(shù)可以自適應(yīng)地擴(kuò)展地數(shù)字電路的最小功耗和最大性能，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常見的電壓縮放范圍。這種擴(kuò)展的適應(yīng)性允許數(shù)字硅芯片在正常使用期間以較低的功率工作，并在必要時以較高的性能水平工作。

　　這項技術(shù)延長了由不確定的電力供應(yīng)系統(tǒng)供電的電池壽命，如收集器（例如太陽能電池）或可充電電池，同時提供更高的峰值性能，來完成對某些指定正在發(fā)生的興趣事件的片上數(shù)據(jù)分析。這是物聯(lián)網(wǎng)（IoT），人工智能（AI），可穿戴設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等應(yīng)用程序的關(guān)鍵推動力。

　　“我們的重新配置技術(shù)為波動電力的可用性和性能需求引入了前所未有的適應(yīng)性。我們實(shí)驗室的幾塊芯片的測試結(jié)果表明，與行業(yè)常規(guī)使用的電壓調(diào)整技術(shù)相比，我們的技術(shù)將移動設(shè)備或可穿戴設(shè)備的電池壽命延長了1.5倍，峰值性能提高了一倍。這項技術(shù)也可以使電池進(jìn)一步微型化，維持電池壽命不變�！毙录悠聡�立大學(xué)工程學(xué)院副教授Massimo Alioto解釋說。他是這一技術(shù)突破的背后助力——新加坡國立大學(xué)綠色集成電路集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)人。

　　他補(bǔ)充說：“不僅如此，由于我們的電路技術(shù)的功率性能的通用性，相同的數(shù)字設(shè)計可以在廣泛的應(yīng)用和市場上重復(fù)使用，半導(dǎo)體公司可以以此來簡化他們的芯片組合，降低設(shè)計成本�！�

　　NUS研發(fā)團(tuán)隊提出的新技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于進(jìn)行加速器和處理器(例如，快速傅里葉變換、ARM處理器)的演示。其背后的研究得到了處于領(lǐng)先地位的半導(dǎo)體公司(Intel、TSMC)、新加坡教育部和新加坡國家研究基金會的支持。

　　技術(shù)突破

　　大多數(shù)先進(jìn)的移動、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能應(yīng)用程序需要在平均功率(即電池壽命)和決定系統(tǒng)響應(yīng)能力的最大性能(例如，當(dāng)屏幕被觸摸時，或當(dāng)傳感器產(chǎn)生感興趣的數(shù)據(jù)時，執(zhí)行數(shù)據(jù)分析)之間進(jìn)行靈活的權(quán)衡。

　　目前，動態(tài)電壓調(diào)整是實(shí)現(xiàn)這種靈活性的黃金標(biāo)準(zhǔn)。電壓在1v左右運(yùn)行，性能和能耗最高，而降低到0.4-0.5 V，能耗降低4- 5倍，運(yùn)行速度降低近10倍。這種方法的缺點(diǎn)是，盡管能源消耗和性能的最佳架構(gòu)取決于所采用的電壓，但電壓縮放只適用于一般固定的數(shù)字架構(gòu)。

　　新加坡國立大學(xué)的發(fā)明優(yōu)于電壓縮放，因為它的電路重新配置，使架構(gòu)和采用的電壓之間更好的匹配，從而進(jìn)一步降低能源消耗，改善了在不同電壓下的表現(xiàn)性能。

　　Alioto副教授說：“我們的發(fā)明能夠重新配置執(zhí)行實(shí)際處理的“數(shù)據(jù)路徑”和分配時鐘信號以協(xié)調(diào)不同處理任務(wù)的“時鐘路徑”。在這兩種情況下，它們的基本構(gòu)建塊都可以靈活地合并或拆分，以創(chuàng)建數(shù)據(jù)和時鐘路徑結(jié)構(gòu)，從而在給定電壓下提高性能�！�

　　與傳統(tǒng)的電壓縮放相比，NUS Green IC小組提出的方法使數(shù)字電路更具通用性和自適應(yīng)性，從而可以在功率性能范圍的兩端同時進(jìn)行優(yōu)化。

　　技術(shù)共享

　　為了與世界各地的企業(yè)和研究小組共享該團(tuán)隊的新技術(shù)，最近該團(tuán)隊發(fā)行了一本技術(shù)手冊，以提供有關(guān)處理器，加速器和片上存儲器的硅芯片實(shí)現(xiàn)的背景和詳細(xì)信息。還創(chuàng)建了一個自動設(shè)計流程，并通過GitHub公開發(fā)布了該流程。

　　“在我們的書中，我們使用商業(yè)設(shè)計工具介紹和演示了設(shè)計方法，這些工具已集成到一個緊密的設(shè)計流程中，時鐘和數(shù)據(jù)路徑的重新配置結(jié)合了即插即用的方式。 我們很高興以開源的方式共享軟件代碼，使我們的最新技術(shù)能夠在商業(yè)領(lǐng)域和學(xué)術(shù)研究中得到大規(guī)模和快速的應(yīng)用。” Alioc副教授說。

　　技術(shù)展望

　　NUS研究團(tuán)隊目前正在研究開發(fā)新型智能硅系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可在嵌入到物聯(lián)網(wǎng)傳感硅芯片的AI加速器中實(shí)現(xiàn)超寬功率性能的適配。這將推進(jìn)下一代系統(tǒng)的研發(fā)，同時可以以非常出色的計算性能來對外部事件進(jìn)行相應(yīng)。

　　團(tuán)隊致力于通過現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)中的嵌入式技術(shù)和設(shè)計方法來實(shí)現(xiàn)電源性能的適配。這樣就可以在不破壞設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)的情況下是實(shí)現(xiàn)電源性能上的優(yōu)勢，從而可以快速，大規(guī)模地應(yīng)用于下一代智能系統(tǒng)。

　　技術(shù)創(chuàng)新的前提是有充足的能源，未來物聯(lián)網(wǎng)將是涵蓋數(shù)以億記的大網(wǎng)，所有的設(shè)備都需要供電，能源將是一個大問題。而且隨著設(shè)備的增多，將有更多的信息產(chǎn)生，其中包括大量的“垃圾信息”，加劇了能源的消耗和二氧化碳的排放。我們感嘆科技擁有如此強(qiáng)大魅力的同時，一些能源損耗問題也要注意了。它是一個機(jī)遇，也是一個挑戰(zhàn)，在追求產(chǎn)品智能化的時候，請別忘了節(jié)能。