zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

Mikroprocesor s (téměř) nulovou spotřebou

23.08.2008
Energie
Mikroprocesor s (téměř) nulovou spotřebou
Výzkumníci z Michiganské univerzity vytvořili pozoruhodný čip, který předznamenává zásadní posun v oblasti spotřeby energie. Nový mikroprocesor s označením Phoenix sice není určen pro oblast počítačů a spotřební elektroniky, ale uplatní se v oboru neméně významném - v medicínských aplikacích.

Novinku uvedl na červnovém Symposiu o VLSI obvodech Scott Hanson, doktorand na oddělení Elektrotechniky a počítačových věd, který na projektu pracoval se svým kolegou, Mingoo Seokem. Mikroprocesor Phoenix, o němž přinesl informaci server IT News, má rozměry menší než 1 mm2, a spolu s miniaturní baterií zabírá prostor ani ne 1 mm3. Nic extra, vzhledem k tomu, že takové systémy mají podobné rozměry, Phoenix ale od nich odlišuje 1 unikátní parametr: spotřeba energie. Pracuje se spotřebou na úrovni desítek pikowattů (lze si dobře představit, o jakou hodnotu jde: 1 pikowatt je bilióntina wattu!). Podle jeho tvůrců má také se zmíněnou speciální mikrobaterií na jedno nabití pracovat až 10 let i déle. Výzkumníci z Michiganské univerzity rovněž uvádějí, že by baterie použitá do náramkových hodinek dokázala napájet procesor neuvěřitelných 263 let.

Technologický zázrak má na svědomí optimalizovaný pracovní režim, který sníží energetickou spotřebu zařízení doslova na minimum, hluboko pod hranici, na níž jsme dosud u systému tohoto druhu zvyklí.

Procesor se má aktivovat jednou za 10 minut, a to jen na desetinu sekundy, přičemž v této době provede na 2000 instrukcí. V praxi to znamená např. kontrolu senzoru, zda obsahuje nová data, jejich zpracování, komprese do minimální formy, a hlavně jejich zálohování dříve, než se procesor opět "uloží ke spánku". Pro jeden výpočetní cyklus tak spotřebuje energii na úrovni pouhých 2,8 pJ, což je jen desetina oproti spotřebě energie dnešních špičkových řešení v této kategorii zařízení. Aby eliminovali výkonové ztráty, posílili vývojáři napájení čipu ve fázi, kdy se "probouzí", asi o pětinu, ale i tak Phoenix vyžaduje jen zhruba 0,5V (500 mV) namísto 1 - 1,2 V, které potřebují běžné procesory.

K dosažení tak minimalistické spotřeby se výzkumníci zaměřili na tzv. "sleep mód", neaktivní období, v němž procesory jsou 99 % svého života, tato nečinnost se stala pro řízení energetických požadavků prioritou č. 1. I u dnes nejvíce užívané moderní výrobní technologie využívající 45 nm struktury dochází stále k velkým ztrátám energie v tranzistorech i v době jejich nečinnosti. Proto vědci z Michiganské univerzity zvolili starší technologii se 180 nm, a větší pozornost než architektuře procesoru věnovali samotným tranzistorům, které zcela odpojí přívod energie do právě nečinných částí čipu, což umožnilo výrazně snížit energetické nároky.

Ve spánkovém režimu spotřebovává čip asi 30 pikowattů energie. Taktovací frekvence procesoru je kvůli snaze o co nejmenší spotřebu energie velmi nízká, konkrétně jen 100 kHz, což stačí pro aplikace, k nimž je čip určen. Například měření tlaku v oku si žádá vzorkování s frekvencí několika minut.

Miniaturní nízkoenergetické mikroprocesory by měly najít uplatnění zvláště v biomedicíně. Jejich rozměry je předurčují k umísťění přímo do těla pacienta a měření v reálném čase parametrů různých tělních funkcí. Kromě medicínských aplikací jsou i další oblastí, kde by mohly sloužit, např. k monitoringu parametrů životního prostředí, strukturálních poruch konstrukcí apod.

Dalším cílem vědců je integrace senzorů, mikroprocesoru, baterie, a systému schopného odesílat získaná data na další zařízení, v budoucnu pak zvažují propojení a integraci takovéhoto zařízení přímo s biologickými soustavami, jinými slovy, možnost učinit z nich integrální součást organismu. To je ovšem ještě záležitostí mnoha let výzkumů.
Zdroj: Technik

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Chystané akce
Ukliďme Česko
23
9. 2017
23.9.2017 - Festival, slavnost
Brno
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí