現(xiàn)在很難在某一次會議上聽不到或者看不到關于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和可穿戴式計算的討論。但是，請讀下去。當人們還在爭論IoT設備5年內(nèi)是會達到 200億規(guī)模還是40億規(guī)模的時候，一個意外的挑戰(zhàn)已經(jīng)浮出水面。人們都認為市場上最新的半導體技術也是您下一設計最好的工藝技術。這種想法促進了IoT 的雪崩式發(fā)展。

最近在硅谷舉行的TSMC輔助支持系統(tǒng)論壇上清楚的闡述了這種發(fā)展。隨著20、16和10 nm工藝的發(fā)展，最大的代工線負責人宣稱，在老工藝尺寸基礎上，不到5個低功耗新工藝代就回到了180 nm。為什么——為什么這么多?在小系統(tǒng)設計中，這些問題構成了新現(xiàn)實。

對電源的其他分析并不是IoT發(fā)起了低功耗工作模式。多年以來，超低功耗微控制器領域就有此類產(chǎn)品。但是，大肆的宣傳使得業(yè)界特別關注低功耗問題的兩個方面：在很多IoT和可穿戴節(jié)點上以極低功耗可靠的工作，還有非常低的占空比。

極低功耗需求的來源不同尋常：能量收集。一些IoT設計人員并沒有費勁的將電池裝到極小的封裝中或者難以企及的空間里，而是選擇從節(jié)點環(huán)境中收集能量。他 們使用了小型光電池，從周圍光中收集能量，采用熱電變換器轉換浪費的熱量，使用慣性發(fā)電機把運動轉換為電流，還有一些其他手段。一般的結果是可靠的少量電 源——至少結合了小的可充電電池和超級電容。

如果您能夠將節(jié)點耗電保持在一定的功率預算范圍內(nèi)，從很實用的熱電轉換器的幾百µW到光線暗淡的室內(nèi)微小光電池的幾個µW，那么這種策略避免了換電池等問題。

作為對比，較低的占空比并不是約束而是機遇。一般而言，距離數(shù)據(jù)中心越遠，節(jié)點的大部分空閑的時間就越長。數(shù)據(jù)中心的目標應該是不低于80%的利用率。但 是在今年的熱點芯片大會上，ARM® CTO Mike Muller估計CPU瀏覽網(wǎng)頁的平均工作時間是7%，MP3回放任務大約是3%。距離核心越遠，IoT節(jié)點對空氣溫度進行周期性采樣時，可能每小時只有 幾個毫秒在工作，占總時間的百萬分之一。

很明顯，低占空比應該是降低能耗的好機會。問題是怎么辦。要解決這一問題，我們得回到工藝技術和超低功耗問題上。 研究占空比在低占空比系統(tǒng)中，降低能耗(從而延長電池使用壽命)最高效的策略與您的老奶奶處理電費的策略一樣：不使用時關掉它。但是這種好建議的背后卻涉及到詳細的規(guī)劃和某些困難的決定。

關掉電源意味著將狀態(tài)存儲到非易失存儲器中，除非您設計的節(jié)點不需要持續(xù)的狀態(tài)信息就能夠工作。但是保存狀態(tài)需要花費時間和能耗，寫入閃存會需要很大的突 發(fā)能耗，這也要有大功率能源。因此，這并不總是可行的——特別是空閑時間很短或者不可預測的情形。在這些情形中，您可能需要保持數(shù)據(jù)的低功耗模式，包括在 狀態(tài)機中和在存儲器中(圖1)。這也是老節(jié)點及其大規(guī)模晶體管再次被關注的原因。