На международной конференции по твёрдотельным микросхемам International Solid State Circuits Conference (ISSCC 2013) Хольст Центр (Holst Centre) и imec представили процессор с ультранизкой потребляемой мощностью, который сохраняет работоспособность при околопороговом напряжении. Процессор работает на частоте 1 МГц при напряжении до 0,4 В. В тестах, основанных на быстром преобразовании Фурье, он потребляет всего лишь 79 мкВ.
Новый процессор с малым потреблением энергии представляет особый интерес для биомедицинских применений — контроля ЭЭГ и кардиограммы. Создавая энергосберегающую архитектуру и интерфейс, связанные с ядром процессора, решались задачи получения ультранизкой потребляемой мощности, автоматического улучшения эффективности работы и получения высокой надёжности и высокого выхода годных готовых изделий.
Одним из ключевых достижений, позволивших добиться реализации такого процессора, стала возможность уменьшения напряжения при проведении операций. При этом напряжение сохраняется достаточным для проведения прикладных задач и нахождения в диапазоне операционных напряжений, рабочих температур. Такая возможность была достигнута за счёт ускоренного смещения транзисторов в процессоре, позволяющего работать с напряжением, превышающим порог КМОП. Напряжение может варьироваться между номинальным 1,1 В и минимальным 0,4 В в зависимости от текущих задач и требований.
При эксплуатации изделия всегда есть факторы, приводящие к колебаниям питающего напряжения процессора. При околопороговых напряжениях эти колебания могут спровоцировать остановку процессора. Чтобы избежать этого и гарантировать высокую надёжность, разработчики подсоединили к наиболее критичным частям процессора «металлические триггеры». Триггеры разработаны таким образом, чтобы прерывать сигнал до того, как операционное напряжение данной цепи превысит номинальное значение питания, и в процессор пойдут шумы.
Кроме этого, автоматический контроль падения напряжения устранит падение напряжения, используя выключатели питания, управляющие процессором, и позволит увеличить эффективность энергосбережения и надёжности при околопороговых напряжениях питания.
Для дальнейшего уменьшения потребления энергии внутренний интерфейс позволяет контролировать отдельные части процессора, например, отключая ядро процессора или уменьшая напряжения питания памяти, когда эти компоненты не используются. Также возможно динамически изменять исполнительные методы вычисления процессора, оптимизируя число используемых функциональных ячеек в ядре для удовлетворения выполняемого алгоритма. Неиспользуемые функциональные ячейки отключаются, что дополнительно уменьшает расход энергии.
Комментарии