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。

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)用日益增長的 趨勢。此外，由于此類市場上的產(chǎn)品生命期很短，而且競爭異常激烈，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的代價(jià)。對(duì)節(jié)能的需求壓力的日益增長，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)便攜式市場的發(fā)展嗎？或者，呈現(xiàn)爆炸式增長的便攜式市場會(huì)繼續(xù)推動(dòng)低功耗技術(shù)需求的增長嗎？哪一種是雞，哪一種是蛋？

功耗僅僅是人們公認(rèn)的便攜式市場增長的3大主要推動(dòng)力中的一個(gè)。該市場對(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，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。而且，這樣的指數(shù)性增長將繼續(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，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。

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。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。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)？