被譽(yù)為集成電路規(guī)模“國際奧林匹克盛會(huì)”的國際固態(tài)電路集會(huì)會(huì)議（International Solid-State Circuits Conference, ISSCC）受新冠病毒疫情影響于2021年2月13日至22日以線上集會(huì)會(huì)議形式進(jìn)行，本次集會(huì)會(huì)議是該系列集會(huì)會(huì)議的第68屆。信息科學(xué)技能學(xué)院微納電子學(xué)系在“超低功耗智能物聯(lián)網(wǎng)芯片(AIoT)”“高機(jī)能雷達(dá)頻率源”等高端芯片規(guī)模取得重要希望，相關(guān)成就在ISSCC上報(bào)道。

異步事件驅(qū)動(dòng)型AIoT叫醒芯片

面向智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）對(duì)低功耗叫醒芯片的急切需求，北京大學(xué)黃如院士-葉樂副傳講課題組與浙江省北大信息技能高檔研究院、浙江大學(xué)、上海芯翼信息科技有限公司相助，提出了國際創(chuàng)始的異步事件驅(qū)動(dòng)型AIoT芯片架構(gòu)，辦理了在隨機(jī)稀疏應(yīng)用場(chǎng)景下長時(shí)平均功耗高的問題，顯著低落了AIoT節(jié)點(diǎn)設(shè)備的功耗；課題組同時(shí)提出了異步脈沖的信號(hào)特征提取要領(lǐng)，僅以幾十nW的極低功耗價(jià)錢便實(shí)現(xiàn)了信號(hào)特征提取；不只如此，基于“時(shí)域幀生成器”和“卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”智能揣度引擎的技能，團(tuán)結(jié)重練習(xí)機(jī)制，在具備低功耗的同時(shí)，使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景因噪聲而導(dǎo)致揣度精度低的問題得以辦理。

圖1. (a)異步事件驅(qū)動(dòng)型AIoT芯片架構(gòu),(b)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路架構(gòu),(c)芯片顯微照片,(d)語音要害詞叫醒測(cè)試波形

基于上述創(chuàng)新技能，課題組研制了一顆國際上功耗最低的通用型AIoT叫醒芯片，長時(shí)待命（on-call waiting for events）功耗僅148nW，可供5mm紐扣電池（2mAh）利用5年，芯片演示應(yīng)用功效顯示，語音要害詞識(shí)別率達(dá)94%、異常心電圖識(shí)別率達(dá)99%，為國際迄今為止首次且獨(dú)一的“異步事件驅(qū)動(dòng)型AIoT芯片”。該事情為將來實(shí)現(xiàn)基于全異步脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（A-SNN）的AIoT芯片奠基了基本。

該事情以“A 148nW General-Purpose Event-Driven Intelligent Wake-Up Chip for AIoT Devices Using Asynchronous Spike-Based Feature Extractor and Convolutional Neural Network（基于異步脈沖特征提取和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的148nW通用事件驅(qū)動(dòng)AIoT智能叫醒芯片）”為題，在2021年2月17日于國際固態(tài)電路峰會(huì)ISSCC線上頒發(fā)，為前瞻技能規(guī)模Session 12（Innovationsin Low-power and Secure IoT）的第一篇文章，被遴選為Highlight亮點(diǎn)論文， 高壓，也是ISSCC前瞻技能規(guī)模（TD，TechnologyDirection）海內(nèi)首次且獨(dú)一的Highlight亮點(diǎn)論文，也是本年前瞻技能規(guī)模海內(nèi)獨(dú)一頒發(fā)論文。

相關(guān)研究事情獲得了國度優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國度重點(diǎn)研發(fā)打算等項(xiàng)目標(biāo)扶助，以及浙江省北大信息技能高檔研究院、浙江大學(xué)、上海芯翼信息科技有限公司等平臺(tái)的支持。

動(dòng)態(tài)電荷域CMOS濕度/電容傳感芯片

面向高能效、高精度的物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用需求，北京大學(xué)黃如-葉樂課題組與浙江大學(xué)、浙江省北大信息技能高檔研究院相助，提出了國際領(lǐng)先的動(dòng)態(tài)電荷域電容傳感技能，具有國際領(lǐng)先的傳感精度，在實(shí)現(xiàn)高精度的同時(shí)顯著低落了物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點(diǎn)的功耗；課題組同時(shí)提出了基于動(dòng)態(tài)范疇自適應(yīng)滑動(dòng)技能（Adaptive Range-Shift, ARS）的縮放型（Zoom）電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Capacitance-to-Digital Converter，CDC），辦理了Zoom架構(gòu)中冗余過大造成的精度損失和抗片外寄生/滋擾本領(lǐng)差的問題；還提出了基于功耗自感知技能（Power-Aware）的懸浮反相器型放大器陣列，辦理了兼容差異傳感終端所帶來的能效損失問題，顯著耽誤了多應(yīng)用兼容傳感芯片的電池利用壽命。

圖2. (a)動(dòng)態(tài)電荷域電容傳感芯片架構(gòu)圖, (b)電路道理圖及事情時(shí)序圖, (c)芯片顯微照片,(d)晶圓差異位置處的芯片、濕度及其誤差測(cè)試曲線

基于上述創(chuàng)新技能，課題組研制了一顆國際上功耗最低的CMOS濕度傳感芯片，平均功耗僅1.5μW，可供8mm紐扣電池（42mAh）利用4年，濕度檢測(cè)判別率高達(dá)0.0094%RH，電容檢測(cè)精度高達(dá)17.9aF，綜合機(jī)能指標(biāo)FoM高達(dá)0.135pJ?%RH2，與當(dāng)前世界最好程度對(duì)比，功耗低落了2倍，綜合機(jī)能指標(biāo)FoM晉升了6倍。

該事情以“A 1.5μW 0.135pJ?%RH2 CMOS Humidity Sensor Using Adaptive Range-Shift Zoom CDC and Power-Aware Floating Inverter Amplifier Array（基于自適應(yīng)范疇滑動(dòng)的縮放型電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器和功耗自感知懸浮反相器型放大器陣列的1.5μW和0.135pJ?%RH2的CMOS全集成濕度傳感器芯片）”為題，在2021年2月16日于國際固態(tài)電路峰會(huì)ISSCC線上頒發(fā)，為前瞻技能規(guī)模Session 5（AnalogInterface）的第一篇文章，被遴選為Highlight亮點(diǎn)論文，并參加了Demo Session的演示系統(tǒng)展示。該論文為ISSCC模仿電路規(guī)模（ANA,Analog）海內(nèi)首次且獨(dú)一的Highlight亮點(diǎn)論文， ST電容，也是本年模仿電路規(guī)模海內(nèi)獨(dú)一頒發(fā)論文。

相關(guān)研究事情獲得了國度優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國度重點(diǎn)研發(fā)打算等項(xiàng)目標(biāo)扶助，以及浙江大學(xué)、浙江省北大信息技能高檔研究院等平臺(tái)的支持。

高機(jī)能雷達(dá)頻率源芯片