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首頁 > 技術服務 > 國際技術趨勢剖析 > 2010 ISSCC
Low Power Processor & Communications

簡介

  在半導體製程和電子電路設計技術持續地進步發展下,現今的積體電路在運算量上早已足夠滿足各種不同應用的運算處理;然而現今在資源有限和環保意識高漲的趨勢中,盡力將功耗降低,減少能源的使用將是下一階段世界上頂尖電路設計者們的努力的方向。因此,今年ISSCC各分項議題儘管應用不同,仍都脫離不了降低功耗和能源再利用等能綠能設計的概念。因此,本文將針對刊登在ISSCC 2010當中低功耗處理器和無線通訊系統相關論文做探討。手機電信產業帶來的商機一直是通訊技術發展的重要推手,目前熱門的研究從2G3G系統逐步演進到LTE系統,這些系統近年來更搭配智慧型手機的使用激發出許多有特色的電路。為了滿足該系統的運算,手機晶片必須能夠處理數個GHz的指令級的速率,以達到超過100Mb/s的資料處理速率;同時滿足手持式裝置只能提供大約1W數量級的電池功耗使用的限制。對此議題,瑞士蘇黎世ETHAdvanced Circuit Pursuit所共同提出兩篇論文15.115.2,皆在設計上有所突破。

論文15.1 設計為一個符合3GPP-LTE標準的渦輪解碼器(turbo decoder),為了滿足LTE 100Mb/s~300Mb/s的需求,該解碼器的複雜度和挑戰性為HSDPA(3.5G系統)20倍以上。該團隊使用Radix-4的運算的渦輪解碼器以達到比Radix-2更好的硬體利用效率;並同時使用8MAP解碼器來大幅增加平行度,該MAP解碼器在先前的文獻當中已被證明並不需要很大的硬體資源,因此能夠在最小面積的情況下讓大幅提高渦輪解碼器的運算量。除了有效率控制 RAM存取LLR(log-likelihood)的方式,該團隊更進一步提出一組 slave/master Batcher 網路架構讓interleaver減少12%的面積。而模數常態化(Modulo normalization)更化簡了Radix-4的計算,讓最常的運算路徑可以減半達到速度加倍的結果。因此這個基於此8平行度的radix-4 MAP解碼器架構,達到390.6Mb/s的資料處理速率且極高的0.37nJ/b/iterations能量利用效率和極高的109.45Mb/s/mm2硬體使用效率。

論文15.2 設計為一個多模式的(包含 GSM/GPRS/EDGE/Evolved EDGE 規格)的數位基頻接收器,主要電路包含符合 GMSK/8PSK/16QAM/32QAM 調變技術的適應性無線通道等化器和迴旋解碼器(convolution code)/渦輪解碼器(turbo decoder) 在等化器部分包含一個前置濾波器(pre-filter)和決策回授估計電路(DFSE decision-feedback sequence estimator) ,利用8個平行度的trellis branches 來實現DFSE電路以支援四種GSM的規格。高平行度的DFSE允許每次32-QAM E-EDGE的傳輸只需要23k個時脈週期完成通道等化器計算,因此可以在40MHz的系通當中將電壓降至0.6V以大幅降低動態功率消耗。同時,接收器也實現一個可調整的64狀態的Viterbi解碼器和比其他文獻還少60%面積的3GPP渦輪解碼器。整個接收器支援23種不同的調變/解調, 編碼/解碼的機制,在各種模式下該接收器可以操作在151MHz的速度下並消耗低於5mW的功耗。

除了手機通訊系統外,近年來由於已開發國家逐漸邁入高齡化社會,隨身照護醫療保健的觀念越來越受到重視,如何有效且持續不斷地將人類的生理訊號藉由感測器截取出來以做為後端醫療檢測是現今十分重要的議題。為了有效降低感測器的功耗以延長醫療照護的時間,由美國密西根大學所發表的論文15.8,其研發出一個利用太陽能為能源的感測器系統,該系統採用一操作在臨界電壓的ARM Cortex-M3 低功耗處理器、一僅有每一位元3.3fW極低漏電流的SRAM、能吸收太陽能及熱能的基板和薄膜水銀電池所組成,並搭配電源管理系統。該感測系系統操作在73kHz時僅有28.9pJ的能量消耗,傑出的漏電流抑制電路更可以達到約49年的待機時間,同時為了方便配帶其體積更是僅有8.75mm2

 

以下為所選錄的論文較詳細的資料整理:

 論文編號:15.1

標題:  A 390Mb/s 3.57mm2 3GPP-LTE Turbo Decoder ASIC in 0.13μm CMOS

作者: Christoph Studer1, Christian Benkeser1,2, Sandro Belfanti1,Quiting Huang1,2

研發機構: 1ETH Zürich, Zürich, Switzerland, 2Advanced Circuit Pursuit, Zollikon, Switzerland

重點數據:

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論文編號:15.2

標題:  A 4.5mW Digital Baseband Receiver for Level-A Evolved EDGE

作者: Christian Benkeser1,2, Andreas Bubenhofer1, Qiuting Huang1,2

研發機構: 1ETH Zürich, Zürich, Switzerland, 2Advanced Circuit Pursuit (ACP), Zollikon, Switzerland

重點數據:

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論文編號:15.8

標題:  Millimeter-Scale Nearly Perpetual Sensor System with Stacked Battery and Solar Cells

作者: Gregory Chen, Matthew Fojtik, Daeyeon Kim, David Fick, Junsun Park, Mingoo Seok, Mao-Ter Chen, Zhiyoong Foo, Dennis Sylvester, David Blaauw

研發機構: University of Michigan, Ann Arbor, MI

重點數據:

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