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Psikick:为物联网提供不用电池的节能芯片

2014-09-23  来源:福布斯中文网  作者:Federico Guerrini   

一开始,芯片讲究的是速度和性能。我们希望自己的设备和电脑上演“速度与激情”,根本不管它们的能耗是多少。芯片行业相应地做出了回应:电路设计师把重点放在速度和性能之上,因此遵循摩尔定律,芯片每隔24个月就将集成晶体管密度翻一番,目标总是让设备的速度更快,而笔记本电脑也变得更加强大,能够运行更大的程序。

现在,情况开始发生改变:因为我们进入了一个移动化世界,最开始是笔记本电脑,接着是手机,现在则是智能手机和平板电脑,人们突然之间都开始意识到电源问题。人们拼命寻找插座以避免自己的设备突然耗光电量,这已经成为一种普遍的习惯。而这种情况只会变得更糟:不久之后所有东西都要开始运算和进行无线通信。

物联网为我们带来了美好的憧憬,但如果这意味着要为数十件设备充电,从智能手表到温控器林林总总,它很容易就变成一场噩梦,更不用说本月底的能源法案了。幸运的是,事情并不一定非得这样。位于夏洛茨维尔的Psikick公司一直在研发一种名为亚阈值处理(subthreshold processing)的技术,它能够解决这类问题,并向我们提供一个不需要使用电池的未来。

“亚阈值处理,”该公司联合创始人兼首席执行官布伦丹·理查德森(Brendan Richardson)告诉我,“在上世纪70年代就形成理论并为人所知了。一些早期的电子表采用了亚阈值电路,以节省能耗和高效地利用电池。但它从来没有被广泛开发过,因为能耗一直不是电路设计的重点——直到最近。”

它的原理是什么呢?其基本概念是,虽然电路中电源电压低于某一阈值的晶体管传统上被认为是始终关闭的,但实际上仍会有少量电流流动,这种漏电流可以被用来进行一些实用的操作。它足以支持心电图监控、无线传感应用、振动监测以及其他只需要几十兆赫兹电流就能运行的活动。

经过多年的试验,Psikick团队得以设计出这样一种片上系统(SoC),它拥有与市面上或实验室中同类片上系统相同或更强大的功能,但能耗却只有前者的百分之一甚或千分之一。这本身就已经是个好消息,但该方案真正具有革命性的潜力在于,这种极端高的能源效率让芯片能够持续地和完全地通过采集自周围环境的能量进行供电,比如振动、温度梯度、太阳能、射频或者是压电致动。不再需要使用电池了,因为那些芯片几乎能够无限地驱动你的监控应用。而这确实是一场革命。

PsiKick并非这个领域的唯一参与者:它拥有数家竞争对手,比如位于得克萨斯州奥斯汀的Ambiq Micro,或者是位于比利时的微电子研究中心(IMEC)。

有一点必须明确的是:你无法使用亚阈值处理器取代手机芯片组,并把手机充电器扔到一边;或者仅仅通过Psikick芯片采集的能量去做高强图像处理那样的事情。“这是不可能的。”理查德森说,“因为,你得不到足够的处理能力。你无法以千兆赫兹的速度去运行这些芯片。当你走下亚阈值的斜坡后,你能大幅降低能耗,但代价是一切都会慢下来。你至多能够以几十兆赫兹的速度运行芯片,这已经足以进行心电图监测或振动监测,但你无法使用这种芯片去播放高清视频。”

即使存在这些限制,在传感应用方面,Psikick的芯片还是可能很快就会得到大规模普及。

“我们认为,”理查德森说,“这项技术几乎适用于你所能想象的物联网上的任何应用。工业流程控制、基础设施监控、精准农业、生物传感、医疗保健、消费可穿戴设备,等等,等等。还有智能家居、智能城市、智能道路,你所能想到的一切。”

难怪业内人士激动不已,有很多跨越不同垂直市场的客户正排着队想要尝试这种新芯片。“现在,”理查德森说,“我们正处于定义一种平台芯片的进程中,它能够被用于特定垂直市场的多个应用当中。我们现在正定义一种应用标准产品应该是什么样子的,而不是为每种应用都创建特定用途集成电路(ASIC)。举例来说,对于工业流程控制,我们可以有一种能够做很多不同事情的芯片;在消费可穿戴设备领域,我们也可以让一种芯片来完成很多不同的常见任务。”

根据Psikick的产品路线图,其首批芯片产品将在明年年中推向市场。

关键词:物联网 电池 芯片