低功耗技術(shù)--是雞還是蛋？

當(dāng)前和可預(yù)見的未來，便攜式裝置的設(shè)計(jì)者們都面臨著一個(gè)可怕的挑戰(zhàn)——全球的消費(fèi)者在對(duì)尺寸更小、價(jià)格更低、功能特色更為豐富而且電池壽命更長(zhǎng)的便攜式裝置的追求上總是貪得無厭。像真人電視秀一樣，同一種產(chǎn)品上的設(shè)計(jì)迭代次數(shù)將呈指數(shù)式增長(zhǎng)。

同時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們現(xiàn)在被迫跟上快速變革的視頻和音頻處理標(biāo)準(zhǔn)，而且要照顧到壓縮和安全加密方面的應(yīng)用日益增長(zhǎng)的 趨勢(shì)。此外，由于此類市場(chǎng)上的產(chǎn)品生命期很短，而且競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，設(shè)計(jì)者希望能讓自己產(chǎn)品的功能度和復(fù)雜性不斷豐富和提升，但又不打算付出電池耗電量增長(zhǎng)的代價(jià)。對(duì)節(jié)能的需求壓力的日益增長(zhǎng)，不得不安排多個(gè)團(tuán)隊(duì)并行設(shè)計(jì)所造成的成本上升，更復(fù)雜芯片的研發(fā)，成套掩膜版成本的不斷上升……這些變化都造成了便攜式系統(tǒng)ROI(投資回報(bào)率)的減少，并催生了革新措施和創(chuàng)新技術(shù)，以應(yīng)對(duì)這些需求。

這些低功耗的技術(shù)會(huì)推動(dòng)便攜式市場(chǎng)的發(fā)展嗎？或者，呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)的便攜式市場(chǎng)會(huì)繼續(xù)推動(dòng)低功耗技術(shù)需求的增長(zhǎng)嗎？哪一種是雞，哪一種是蛋？

功耗僅僅是人們公認(rèn)的便攜式市場(chǎng)增長(zhǎng)的3大主要推動(dòng)力中的一個(gè)。該市場(chǎng)對(duì)價(jià)格極為敏感，可用的空間又非常有限，因此，僅靠這些因素中的某一種是無法“驅(qū)遣”市場(chǎng)發(fā)展的。相反，筆者認(rèn)為，對(duì)便攜式、靠電池供電應(yīng)用的需求增長(zhǎng)，如對(duì)無線手持裝置和多媒體播放器的需求，推動(dòng)著對(duì)低功耗半導(dǎo)體、制造工藝和其他低功耗手段需求的增長(zhǎng)。而且，這樣的指數(shù)性增長(zhǎng)將繼續(xù)帶動(dòng)半導(dǎo)體的功耗不斷降低(即達(dá)到nA級(jí))。

對(duì)便攜式應(yīng)用需求的不斷增長(zhǎng)，是雞。而更低的功耗則是蛋。

各公司，無論大小，都在考慮降低功耗，但是，為了形成實(shí)在的影響，我們應(yīng)該積極進(jìn)取，在芯片和系統(tǒng)兩個(gè)層次上從各方面降低功耗。業(yè)界通過這樣的努力，應(yīng)對(duì)了對(duì)低功耗技術(shù)的吁求，更重要的是，影響了人們針對(duì)下一代便攜式的、電池驅(qū)動(dòng)應(yīng)用所使用的技術(shù)抉策。

在芯片層次上， 我們已經(jīng)開始辨識(shí)出能夠輔助低功耗解決方案部署的設(shè)計(jì)技術(shù)，而這些解決方案應(yīng)該能在盡可能不犧牲性能的情況下，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功耗的降低。這些方法包括時(shí)鐘選通、多電壓閾值、動(dòng)態(tài)電源開關(guān)、多電壓域和靜態(tài)漏電管理。

舉例來說，在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)領(lǐng)域，新的5mW低功耗器件可以將靜態(tài)功耗降低4倍，讓便攜式應(yīng)用的電池供電壽命延長(zhǎng)5倍。電池驅(qū)動(dòng)的便攜式應(yīng)用從這些對(duì)用戶友好的靈活的低功耗實(shí)現(xiàn)方案選項(xiàng)中獲益最大，這些方案可保證使用的簡(jiǎn)便性，可管理I/O和時(shí)鐘，能快速恢復(fù)到工作模式中，最終實(shí)現(xiàn)超低的功耗。新的產(chǎn)品系列的外形尺寸小，可以支持1.2V工作和基于AES的安全I(xiàn)SP，能抵御固件錯(cuò)誤，而且可以上電即行(live at power up)，總的系統(tǒng)成本很低。

在電路板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)，功耗的削減和電源管理顯然會(huì)更為復(fù)雜。多路電源，多重電壓軌和不斷變化的電壓都使得電源管理復(fù)雜化。因此，重點(diǎn)應(yīng)該放在具有電源智能化的系統(tǒng)開發(fā)上，這些系統(tǒng)將只在有必要的時(shí)候才消耗功率，而且能夠識(shí)別出問題，并給出相應(yīng)的解決方案。除了在芯片級(jí)所采取的技術(shù)之外，智能電源監(jiān)管、系統(tǒng)流量和負(fù)載的分配、系統(tǒng)劃分以及系統(tǒng)根據(jù)需要對(duì)其中的部分電路有選擇的供電，都是在系統(tǒng)級(jí)可以采用的技術(shù)，它們有助于降低功耗，并讓便攜式應(yīng)用的電池壽命得以延長(zhǎng)。

一個(gè)上電即行的混合信號(hào)FPGA可以為這種類型的電源管理控制帶來多方面的好處。這些FPGA單片集成了大規(guī)模的嵌入式閃存模塊、可編程邏輯和可配置的模擬電路。通過集成大規(guī)模的閃存模塊，這些可編程的系統(tǒng)芯片使設(shè)計(jì)者能夠在簡(jiǎn)單的電源管理之外實(shí)現(xiàn)多種類型的任務(wù)。這些可配置的解決方案無需外接支持電路即可監(jiān)測(cè)單個(gè)高壓電源，而且能適應(yīng)一塊電路板特有的、不斷變化的需求—因?yàn)槊糠N特有的電路板設(shè)計(jì)都有各自的一套電源管理要求。

全球消費(fèi)者對(duì)尺寸更小、價(jià)格更低、功能特色更為豐富、電池壽命更長(zhǎng)的便攜式裝置的永無止境的需求，推動(dòng)著對(duì)低功耗技術(shù)的需求的增長(zhǎng)。業(yè)界需要積極主動(dòng)地應(yīng)對(duì)芯片和系統(tǒng)級(jí)的各方面的功耗問題。各技術(shù)公司，無論大小，都正在努力應(yīng)對(duì)這一變化，以便影響便攜式市場(chǎng)。下一代便攜式的，電池驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的好壞也是建立在其技術(shù)內(nèi)涵上的，對(duì)不對(duì)？