近日，微电子所智能感知研发中心在低功耗智能感知平台研发方面取得了多项突破性进展，成功研制了极低功耗处理器芯片。
智能感知平台（结构如图1所示）包括通用电阻、电容、磁阻式传感器调理电路、低功耗处理器、低功耗广域网通信模块，可外挂目前主流的各种传感器，完成感知层的数据分析、特征提取、数据压缩和传输层的通信网络协议以及应用层的应用程序，广泛应用于工业自动化、便携式设备、智能家居等领域。低功耗处理器作为智能感知平台的核心器件，有着苛刻的功耗要求。
研发团队在国家“863”项目、中科院“先导专项”、国家自然科学基金项目的支持下，将近/亚阈值技术应用于此类芯片，同时综合采用智能电源/时钟管理技术、超低漏电电路设计技术，成功研发出了极低功耗处理器芯片，功耗指标达到国际先进水平，与同类型芯片的对比结果如图2所示。
近/亚阈值技术是近年来最前沿、最有效的极低功耗技术，能够同时优化系统的动态功耗及静态功耗（如图3所示）。研发团队多年来一直专注于该技术的研究，先后研发出近/亚阈值标准单元库、近/亚阈值存储器、以及支持数字系统的时序设计技术。通过综合采用近阈值晶体管特性、工艺偏差分析、噪声容限优化等前沿技术手段，这些IP库能够稳定工作在0.5V，动态功耗下降19倍，静态功耗下降7倍。该芯片采用智能电源/时钟管理技术，可支持多种工作模式，包括Active、Low Power Active、Idle、Standby、BackUp、Off等模式，以保证芯片在不同的应用场景下，都能够用最简单的逻辑、最低的能量消耗来完成。为降低待机模式的漏电功耗，该芯片采用了超低漏电存储器、超低漏电逻辑设计等技术，并结合精细的电源及IO管理策略，使得最低模式的漏电功耗仅25nA，达到当前极低功耗处理器芯片的领先水平。
测试结果表明，该芯片的性能及功耗指标已达到国际先进水平,满足工业计量、远程控制、医疗电子、无线传感等物联网节点的应用需求，致力于为快速发展的物联网市场提供业内最低功耗的智能感知平台。
图1 低功耗智能感知平台框图（左）与低功耗处理器芯片（右）
图2 低功耗处理器性能功耗对比情况
图3 低电压技术的优势(左)及本处理器的低电压效果图(右)
科研工作