一款最低功率的芯片在工作时功耗减少了10倍,而在休眠模式下,功耗减少了3万倍,其在美国密西根大学的开发者如是说。科学家们在檀香山IEEE的VLSI(超大规模集成电路)技术研讨大会上指出,这个被称作phoenix的处理器专为医疗植入物而设计,但也可用于超长寿命的环境监测和侦察。
美国密西根大学电气工程教授DavidBlaauw说:“我们芯片和电池加在一起,比现今使用的用于医疗植入的技术产品减少了约1000倍。”与Blaauw共同开展这个工作的有电气工程教授DennisSylvester以及博士生ScottHanson和MingooSeok。
假如phoenix芯片由一个普通的手表电池供电,在休眠模式下可以坚持263年。该芯片的设计是为了满足一种监控眼球内压力的植入体的需求。这就限制将其大小限制在了1立方毫米,其中包括薄膜电池。
不过,由于该装置在休眠模式功耗仅为30皮瓦(因为其只需偶尔测量一次),所以这个植入芯片和集成电池的预期寿命大于三年。
Sylvester说:“我们处理器设计从开始就面向低功耗,我们相信我们是第一个将低休眠模式功耗作为首要关注点的。”
除了长寿命的医疗植入物,密歇根大学的研究人员设想,phoenix芯片也在其他应用中具良好前景。军队可将自供电传感器芯片洒在战场上,环境科学家可以将该芯片分散在空气或水中来检测污染,建设工人可以将它们与混凝土混合以监测建筑和桥梁结构的完整性。
休眠模式在许多传感应用中占重要地位,这重要是由于芯片只需偶尔被唤醒来作一次测量,并以无线方式发送结果,然后就继续休眠。在众多类似应用中,传感器将99%以上的时间都花在休眠上。
因此,在phoenix设计中,休眠是芯片的“正常”工作模式。该装置每10分钟被唤醒一次,花费十分之一秒来测量和发送。然后,它又继续休眠。
为降减低总体的功耗,研究人员使用的经过实践检验的180纳米设计规则(其减少了总体泄露),将芯片的供电电压从正常的1至1.2伏减少到0.5v。
然而,研究人员所说的phoenix能够具有超低功耗,其最大创新是功率门的重新设计。Blaauw说:“功率门在芯片被唤醒时供电,在休眠时阻塞芯片中与存储无关部分的电流。”传统的功率门的通道很宽,所以它能够快速为休眠芯片供电。但phoenix却通过在功率门晶体管中使用一条非常细小的供电通道,牺牲速度以换来更低消耗。通过缩小供电通道,该研究小组把泄漏电流控制到仅仅30个皮安。接下来,研究人员计划在芯片上集成了一个发射器和天线,以便它能够将测量结果以无线方式发送出去。