国际半导体与集成电路领域的顶级会议“2017 Symposia on VLSI Technology and Circuits 国际研讨会(简称“2017 VLSI 国际研讨会”)”在日本京都成功举行。在本次研讨会上,ROHM清华大学共同发布了采用铁电技术,面向无线传感网节点应用的超低功耗片上系统(SoC)的相关技术及性能,并向众多与会者演示了系统的工作情况。

 


无线传感网节点(WSN)是实现物联网的关键部件。采用从环境中采集的能量(如太阳能)对 WSN 供电,可免去频繁更换电池或需使用电源线带来的极大不便。因此,基于利用能量采集来实现无电池 WSN 的技术被业界寄予厚望。但是,基于目前环境能量采集技术所能获得的能量,通常无法满足传感网节点长时间连续不断的运行(包括数据采集、处理及传输),而且环境能量采集也容易受到环境变动影响。对该问题通常的解决方法是通过控制 WSN 节点使物联网间歇性工作,从而减少运行时间以达到降低其整体运行能耗的目的。实现物联网间歇性工作需要不断地开启和关断 WSN 节点,因此,如何提高每次开启和关断的速度和降低这期间需要的能耗,对系统的稳定运行也就变得至关重要。

在使用铁电的非易失性存储器(Fe-RAM)技术方面,多年来 ROHM 为了实现断电后仍能保留数据,进行了多种尝试,希望达到一接通电源,就能以极少的能耗快速恢复数据的效果。一方面,ROHM 不仅将这类非易失性存储器的优势应用于外部存储器 Fe-RAM 上,同时也应用在处理器内的逻辑电路,以推进开发可大大减少电源开关前后数据保护相关处理过程的“非易失处理器(Nonvolatile processor)。另一方面,多年来清华大学针对在未来基础设施的管理、医疗等众多领域上重要性日益凸显的 WSN 做了大量研究。在 2012 年清华大学和 ROHM 共同举办的"清华 -ROHM 国际产学连携论坛(TRIFIA)"上,双方对各自的技术前景和重要性进行了评估,并开始合作进行针对利用非易失处理器技术、基于环境能量采集的无线传感器网络的相关研究。该研究已取得一定成果,曾在计算机体系结构领域具有代表性的国际会议 -- High Performance Computer Architecture 2015 上荣获最佳论文奖。

在本次研讨会上发表的论文中提出的“非易失片上系统(NVSoC)”,是由清华大学刘勇攀副教授团队与 ROHM 共同合作完成,迄今为止集成度最高的非易失计算芯片。该芯片通过集成快速唤醒、自适应电源模式切换、非易失外设控制器等电路技术,大幅度提升了非易失计算芯片在物联网应用中的运行速度和能量效率。与上一代非易失计算芯片相比,NVSoC 将系统级启动速度提升了 3.9 倍,同时取得了 11 倍的能量效率提升。该成果将加快非易失计算芯片在物联网、健康监测、智能安防等领域中的大规模应用。

ROHM 和清华大学在非易失处理器方面多年合作研究所取得的成果丰硕,凭借在非易失处理器领域的开创性贡献,今年 6 月 19 日刘勇攀副教授在美国举行的“第 54 届设计自动化大会(DAC)”上荣获“40 岁以下杰出创新人才”奖。该会议是在集成电路和电子设计自动化研究领域最具影响力的国际学术会议,今年约有五千余人出席大会。2017 年首届“40 岁以下杰出人才”奖项旨在表彰在电子设计自动化领域中具有杰出贡献的青年创新人才,全球每年仅有 5 名极具创新精神的科技工作者获得该奖项。刘勇攀副教授首次在 DAC 上获得突破,获得本项奖励,也是目前获得该奖项的唯一华人。一同获此殊荣的包括 IBM Truenorth 芯片的项目经理,美国 Cadence 公司研发部副总裁等。

 


<ROHM 与清华大学的合作>

清华大学和 ROHM 为了促进围绕尖端技术开发的共同研究与技术交流,于 2006 年 4 月签订了"产学合作框架协议",以"运用光子技术开发生物传感结构"为开端,围绕 IC 和半导体元件、光学元器件和模块、生物传感等广泛主题,开展了共同研究和技术交流。

为进一步深化技术交流,双方于 2010 年首次成功举办"清华 -ROHM 国际产学连携论坛 (TRIFIA)"。之后,每年以热点研究为题材举办技术研讨会,至今已成功举办了 8 届。

另外,在 2011 年清华大学百年校庆之际,作为进一步强化双方产学合作的基地,ROHM 于清华大学校内捐资建设了"清华 -ROHM 电子工程馆"。2012 年 1 月,在电子工程馆内增设了 ROHM 的研究设施,与清华大学就最尖端技术开展共同研究。近年来,在 IoT、非易失处理器、人工智能、功率电子技术等多个领域取得了丰硕的研究成果。