作為新興信息產(chǎn)業(yè)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的萬(wàn)億級(jí)別市場(chǎng)正在逐步形成，超萬(wàn)億級(jí)的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)將通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)和萬(wàn)物智聯(lián)。受限于體積、重量和成本等因素，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)(如可穿戴設(shè)備、智能家居節(jié)點(diǎn)、無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)等)需要在微型電池或能量收集技術(shù)進(jìn)行供電的情況下，能夠持續(xù)工作數(shù)年乃至十年以上，這對(duì)芯片提出了苛刻的低功耗要求。

　　較先進(jìn)的集成電路是微處理器或多核處理器的"核心",可以控制電腦到手機(jī)到數(shù)字微波爐的一切。存儲(chǔ)器和ASIC是其他集成電路家族的例子，對(duì)于現(xiàn)代信息社會(huì)非常重要。雖然設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)復(fù)雜集成電路的成本非常高，但是當(dāng)分散到通常以百萬(wàn)計(jì)的產(chǎn)品上，每個(gè)IC的成本最小化。IC的性能很高，因?yàn)樾〕叽鐜?lái)短路徑，使得低功率邏輯電路可以在快速開(kāi)關(guān)速度應(yīng)用。

　　目前，降低物聯(lián)網(wǎng)芯片功耗的主要研究方向是基于周期性工作模式的專用型喚醒芯片(例如：專用語(yǔ)音識(shí)別喚醒芯片)，通過(guò)讓芯片處于周期性的“休眠-喚醒”的切換狀態(tài)，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低功耗的目的;然而，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通常工作在“隨機(jī)稀疏事件”場(chǎng)景下，為了避免丟失隨時(shí)可能發(fā)生的事件，通常需要“休眠-喚醒”的頻率遠(yuǎn)高于事件的真實(shí)發(fā)生率，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的功耗浪費(fèi)。

　　北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院微納電子學(xué)系的黃如院士-葉樂(lè)副教授課題組與浙江省北大信息技術(shù)高等研究院、上海芯翼信息科技有限公司合作，在國(guó)際上首次提出了多級(jí)流水異步事件驅(qū)動(dòng)型芯片架構(gòu)，將傳統(tǒng)的周期性工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒绞录?qū)動(dòng)型工作模式，顯著降低了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在“隨機(jī)稀疏事件”場(chǎng)景下的功耗。

　　此外，課題組同時(shí)提出了時(shí)域屏蔽型閾值交叉模數(shù)轉(zhuǎn)換器Level-CrossingADC(LC-ADC)技術(shù)，解決了“噪聲誤觸發(fā)導(dǎo)致功能錯(cuò)誤和功耗上升”這一傳統(tǒng)LC-ADC所固有的難題;并設(shè)計(jì)了基于時(shí)域脈沖信號(hào)處理技術(shù)的多功能信號(hào)特征判決器電路，通過(guò)離線或在線軟件定義的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)幅度、斜率、時(shí)間間隔、波峰、波谷等信號(hào)特征的組合判決，滿足了物聯(lián)網(wǎng)喚醒芯片對(duì)通用性的需求;此外，該芯片無(wú)時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，去除了芯片在待機(jī)狀態(tài)下的主要功耗來(lái)源。

　　基于上述創(chuàng)新技術(shù)，課題組研制了一顆極低功耗物聯(lián)網(wǎng)通用喚醒芯片，平均功耗僅為57納瓦，比當(dāng)前國(guó)際同類工作的建議水平提升了30倍。該芯片演示了心率異常預(yù)警、心電T波異常預(yù)警、癲癇預(yù)警、語(yǔ)音關(guān)鍵詞包絡(luò)喚醒等典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，芯片與微控制器MCU芯片等高性能模塊配合，可以在保證極低功耗的前提下實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)喚醒功能。該工作首次提出的異步流水線事件驅(qū)動(dòng)型架構(gòu)，為極低功耗物聯(lián)網(wǎng)芯片領(lǐng)域的研究提供了一種突破現(xiàn)有功耗瓶頸的研究思路和解決路徑。

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