震驚！新加坡國立大學革命性新技術竟讓電池壽命延長1.5倍

新加坡國立大學

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近日，新加坡國立大學（NUS）工程研發(fā)團隊成功的發(fā)明了一種全新的重新配置技術。該革命性的技術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，對于我們日常生活以及許多行業(yè)的未來產(chǎn)生著重要的影響。從概念走向現(xiàn)實的過程中，物聯(lián)網(wǎng)設備遭遇到的關鍵挑戰(zhàn)之一，就是在嚴格受限的能源條件下進行長期持久的操作，這需要極高的功率效率。

據(jù)澳際留學介紹，新加坡國立大學（NUS）工程團隊研發(fā)的這項全新的重新配置技術，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的低最小功耗和高峰值性能，該技術可以自適應地擴展地數(shù)字電路的最小功耗和最大性能，使其遠遠超出了常見的電壓縮放范圍。這種擴展的適應性允許數(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。

這項技術延長了由不確定的電力供應系統(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），可穿戴設備和生物醫(yī)學設備等應用程序的關鍵推動力。

“我們的重新配置技術為波動電力的可用性和性能需求引入了前所未有的適應性。我們實驗室的幾塊芯片的測試結果表明，與行業(yè)常規(guī)使用的電壓調整技術相比，我們的技術將移動設備或可穿戴設備的電池壽命延長了1.5倍，峰值性能提高了一倍。這項技術也可以使電池進一步微型化，維持電池壽命不變。”新加坡國立大學工程學院副教授MassimoAlioto解釋說。他是這一技術突破的背后助力——新加坡國立大學綠色集成電路集團的領導人。

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

NUS研發(fā)團隊提出的新技術已經(jīng)應用于進行加速器和處理器(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先地位的半導體公司(Intel、TSMC)、新加坡教育部和新加坡國家研究基金會的支持。

技術突破

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

目前，動態(tài)電壓調整是實現(xiàn)這種靈活性的黃金標準。電壓在1v左右運行，性能和能耗最高，而降低到0.4-0.5V，能耗降低4-5倍，運行速度降低近10倍。這種方法的缺點是，盡管能源消耗和性能的最佳架構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。

新加坡國立大學的發(fā)明優(yōu)于電壓縮放，因為它的電路重新配置，使架構和采用的電壓之間更好的匹配，從而進一步降低能源消耗，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)行實際處理的“數(shù)據(jù)路徑”和分配時鐘信號以協(xié)調不同處理任務的“時鐘路徑”。在這兩種情況下，它們的基本構建塊都可以靈活地合并或拆分，以創(chuàng)建數(shù)據(jù)和時鐘路徑結構，從而在給定電壓下提高性能?！?/P>

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

技術共享

為了與世界各地的企業(yè)和研究小組共享該團隊的新技術，最近該團隊發(fā)行了一本技術手冊，以提供有關處理器，加速器和片上存儲器的硅芯片實現(xiàn)的背景和詳細信息。還創(chuàng)建了一個自動設計流程，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)設計工具介紹和演示了設計方法，這些工具已集成到一個緊密的設計流程中，時鐘和數(shù)據(jù)路徑的重新配置結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，使我們的最新技術能夠在商業(yè)領域和學術研究中得到大規(guī)模和快速的應用。”Alioc副教授說。

技術展望

NUS研究團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加速器中實現(xiàn)超寬功率性能的適配。這將推進下一代系統(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行相應。

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

技術創(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)，所有的設備都需要供電，能源將是一個大問題。而且隨著設備的增多，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大魅力的同時，一些能源損耗問題也要注意了。它是一個機遇，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。

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