下一代工艺技术促成了iot大发展

　　现在很难在某一次会议上听不到或者看不到关于物联网（IoT）和可穿戴式计算的讨论。但是，请读下去。当人们还在争论 IoT 设备 5 年内是会达到 200 亿规模还是 40 亿规模的时候，一个意外的挑战已经浮出水面。人们都认为市场上最新的半导体技术也是您下一设计最好的工艺技术，这种想法促进了 IoT 的雪崩式发展。

　　最近在硅谷举行的 TSMC 辅助支持系统论坛上清楚的阐述了这种发展。随着 20、16 和 10 nm 工艺的发展，最大的代工线负责人宣称，在老工艺尺寸基础上，不到 5 个低功耗新工艺代就回到了 180 nm。为什么——为什么这么多？

　　在小系统设计中，这些问题构成了新现实。

　　对电源的其他分析

　　并不是 IoT 发起了低功耗工作模式。多年以来，超低功耗微控制器领域就有此类产品。但是，大肆的宣传使得业界特别关注低功耗问题的两个方面：在很多 IoT 和可穿戴节点上以极低功耗可靠的工作，还有非常低的占空比。

　　极低功耗需求的来源不同寻常：能量收集。一些 IoT 设计人员并没有费劲的将电池装到极小的封装中或者难以企及的空间里，而是选择从节点环境中收集能量。他们使用了小型光电池，从周围光中收集能量，采用热电变换器转换浪费的热量，使用惯性发电机把运动转换为电流，还有一些其他手段。一般的结果是可靠的少量电源——至少结合了小的可充电电池和超级电容。

　　如果您能够将节点耗电保持在一定的功率预算范围内，从很实用的热电转换器的几百 μW 到光线暗淡的室内微小光电池的几个 μW，那么这种策略避免了换电池等问题。

　　作为对比，较低的占空比并不是约束而是机遇。一般而言，距离数据中心越远，节点的大部分空闲的时间就越长。数据 心的目标应该是不低于 80%的利用率。但是在今年的热点芯片大会上，ARM CTO Mike Muller 估计 CPU 浏

　　览网页的平均工作时间是 7%，MP3 回放任务大约是 3%。距离核心越远，IoT 节点对空气温度进行周期性采样时，可能每小时只有几个毫秒在工作，占总时间的百万分之一。

　　很明显，低占空比应该是降低能耗的好机会。问题是怎么办。要解决这一问题，我们得回到工艺技术和超低功耗问题上。

　　研究占空比

　　在低占空比系统中，降低能耗（从而延长电池使用寿命）最高效的策略与您的老奶奶处理电费的策略一样：不使用时关掉它。但是这种好建议的背后却涉及到详细的规划和某些困难的决定。

　　关掉电源意味着将状态存储到非易失存储器中，除非您设计的节点不需要持续的状态信息就能够工作。但是保存状态需要花费时间和能耗，写入闪存会需要很大的突发能耗，这也要有大功率能源。因此，这并不总是可行的——特

　　别是空闲时间很短或者不可预测的情形。在这些情形中，您可能需要保持数据的低功耗模式，包括在状态机中和在存储器中（图 1）。这也是老节点及其大规模晶体管再次被关注的原因。