随着物联网(IoT)设备的广泛应用,如何为遍布各类环境的感知终端提供稳定可靠且绿色环保的电源成为业界关注的焦点。Everactive公司在2025年的Hot Chips大会上带来了令人瞩目的自供能SoC - - PKS3000,这款芯片通过从环境中采集能量实现自供电,突破了传统设备依赖电池和外部电源的限制,为物联网设备的规模化部署提供了全新的解决方案。Everactive的技术核心在于如何以极低的功耗完成数据采集与传输,同时靠环境能量维持芯片长时间稳定运行,完美演绎了未来智能设备在能源使用上的可持续性和高效性。PKS3000基于55纳米超低功耗工艺制造,面积仅6.7平方毫米,集成了Arm Cortex M0+微控制器,该核心以其极低功耗和简洁的两级流水线设计闻名。芯片内置128KB SRAM和256KB Flash存储,虽然容量远不及传统PC,却足以支撑持续数据处理和通信任务。芯片主频可达5MHz,工作时功耗仅12微瓦,空闲功耗更低至2.19微瓦,是对节能技术极致追求的体现。
PKS3000在无线通信方面实现了创新。芯片内嵌了针对能耗优化的WiFi、蓝牙及5G无线电收发模块,更引入了专用的"唤醒收音机"(Wake-Up Radio,WRX)技术。WRX拥有常开接收器,能够以远低于传统无线电的功耗监听网络信号,一旦检测到消息便迅速唤醒主无线模块,极大降低了设备在待机阶段的能耗。该收音机可在300MHz到3GHz频段工作,支持多种通信标准。通过多阶段唤醒和精细的占空比控制,WRX能在保持灵敏信号检测的同时,将功耗控制在微瓦级别,远优于传统WiFi芯片的毫瓦级待机功耗,适合长时间部署于能源有限环境。环境能量采集技术是Everactive PKS3000的核心竞争力。
芯片搭载了名为能源采集电源管理单元(EH-PMU)的模块,该单元采用多输入、单电感、多输出(MISIMO)拓扑结构,能够同时采集来自两个能量源的电力,并向四个电压轨供电,这为芯片持续供能提供了坚实保障。常见的能量采集源包含光伏电池(PV)和热电发电器(TEG),分别利用环境光和温差转换为电能。更灵活的是,芯片支持根据具体应用环境接入如无线射频、电磁振动甚至气流等多种能量转换设备,实现更广泛的适用性。针对采集过程中的电压波动和能量稀缺问题,EH-PMU集成了最大功率点追踪(MPPT)算法,自动调整工作电压以优化能量捕获效率。此外,芯片配备了超级电容器和普通电容器双重能量存储机制,超级电容器负责深度储能保障长时间工作,普通电容器则用来快速蓄能,保证在突然断电或环境条件恶化时依然能完成冷启动。Everactive公布的冷启动条件仅需60勒克斯光照及8摄氏度环境温度,相当于室内昏暗且凉爽环境,显示出该芯片优异的低能耗启动能力。
在电源管理方面,芯片设置了名为能源感知子系统(EAS)的智能控制模块。EAS相当于传统芯片中的功率控制单元,但其职责更重且权限更大。通过实时监测能量采集、存储与消耗数据,EAS动态调整芯片频率和电压,优化功耗分配,同时通过固件接口支持用户自定义的节能策略。特别重要的是,EAS能主动切断高功耗外部组件电源,防止外围设备消耗过大能量而导致芯片频繁掉电。这一保护机制涵盖"协作式"与"非协作式"两种关闭方式,保障系统稳定性和数据连续性,最大程度减少因电源不足而造成的数据丢失风险。待机时,PKS3000进入"等待唤醒"模式,最大程度降低能耗的同时依旧能快速响应传感器或环境变化,这对于工业环境中对实时监控和及时报警有极高要求的应用尤为关键。
Everactive的设计充分兼顾了工业物联网的特点与需求,力求将极限能耗下的稳定数据采集与传输变为现实。回顾以往自供电SoC的表现,Everactive的PKS3000相较前代PKS2001有着质的飞跃。PKS3000不仅在功耗上大幅削减,闲置功耗从30微瓦下降到不足2.2微瓦,工作时功耗也从89.1微瓦优化至12微瓦左右。此外,芯片的无线电敏感度和通信距离均有所提升,并借助更先进的55纳米超低功耗工艺节点,结合架构层面的优化设计,展现了自供电芯片在技术迭代上的巨大潜力。值得注意的是,虽然没有采用当前最先进的FinFET工艺,Everactive依然凭借创新的架构设计和严苛的功耗管理,实现了极为出色的性能。这也提醒业界,低功耗设计不仅仅靠制程工艺的提升,更需要从系统架构、硬件电源管理到软件层面的协同优化。
展望未来,自供能SoC因其无需维护的特性和环境友好属性,将在智能城市、工业自动化、远程监控等领域展现更加广阔的应用前景。尤其是在工厂车间、管道检测、资产追踪等传统难以接入电源或更换电池的场景中,自供能芯片能够大幅减少维护成本,提高系统稳定性,推动工业物联网进入真正"无人值守"时代。同时,随着采集技术、存储能力和低功耗计算方案的不断进步,自供能SoC有望逐步满足更多复杂任务需求,扩展至智慧农业、环境监测、可穿戴设备甚至消费电子等新兴领域。Everactive在Hot Chips 2025的展示也折射出现今芯片设计不同于传统高性能追求的另一条重要发展路径 - - 极致能效。面对日益增长的数据处理需求和能源压力,微型、自供电设备的兴起不仅能够实现绿色环保,更是未来智能生活与工业智能化的关键支撑。总体而言,Everactive的PKS3000一方面展示了环境能量采集与极低功耗芯片设计的最新成果,另一方面也为推动物联网设备的可持续发展提供了技术示范。
将自供能SoC推向更广阔的市场和应用,既需要芯片厂商持续创新,也离不开生态系统各方力量共同推动标准与技术普及。此次Hot Chips大会上,Everactive与谷歌和Meta等高功耗AI计算巨头同台竞技,让我们见证了从数千瓦甚至百千瓦级超大规模计算到微瓦级自供能设备的能量管理跨越,彰显了业界对能效的无尽追求。未来,随着更多研究投入和技术突破,自供能SoC必将成为智能设备领域的一颗璀璨明珠,为实现真正的绿色、智能、连通世界贡献力量。 。
