在当今电子技术不断革新的时代,功耗问题始终是硬件设计中最核心的挑战之一。尤其是在物联网设备日益普及的背景下,如何实现长时间稳定、高效的供电成为产业发展的关键。Everactive公司在Hot Chips 2025大会上带来了其革命性自供电系统芯片(SoC) - - PKS3000,这是一款通过环境能量采集实现自我供电的低功耗芯片,吸引了广泛关注。其设计理念和技术实现不仅为物联网设备的能源问题提供了创新解决方案,也为产业的可持续发展树立了新标杆。PKS3000采用了55纳米超低功耗工艺,体积仅6.7平方毫米,搭载了Arm Cortex M0+微控制器,最高可运行至5兆赫兹,主动功耗仅为12微瓦,空闲时功耗下降至2.19微瓦。这一功耗水平远低于当前主流移动设备,甚至低于许多被动监测硬件,从根本上突破了传统供电模式的限制。
核心的能源管理单元EH-PMU(能量采集电源管理单元)采用多输入单电感多输出拓扑结构,实现了从多种环境能量源如光能、温差能的同时采集。这种MISIMO架构通过最大功率点跟踪技术,确保以最优电压效率进行能量转换。超级电容与快速充电电容的搭配不仅保证了能量的深度存储,也确保在光线或温差不足时设备能够稳定运行,实现了真正的"全天候"能量供应。Everactive对微功耗无线通信的设计也体现了极致的优化。传统无线模块因高功耗且频繁连接断开的特点,难以适应自供电架构。PKS3000配备了Wake-Up Radio(唤醒无线电)技术,此技术允许设备即使在极低功耗状态下依然能快速响应网络信号,最大限度削减空闲阶段的能量损耗。
唤醒接收机的功耗低至微瓦量级,同时支持300兆赫兹至3吉赫兹的宽频率范围,能适配多种通信协议。此设计不仅延长了设备使用寿命,也提高了数据传输的实时性和可靠性。系统中还包含了Energy Aware Subsystem(能量感知子系统),它扮演着智能调度和功率管理的重要角色。类似于Intel的电源控制单元或AMD的系统管理单元,该子系统实时监控能量采集、存储与消耗情况,动态调整芯片运行频率和电压,执行多种功率管理策略。更重要的是,EAS可以根据实际能量状况关闭外部高耗能组件,避免不必要的功耗,保证芯片在极端环境亦能稳定工作。通过该系统,实现了负载的灵活管理和快速的故障恢复能力,特别适合工业监控等对数据完整性要求极高的场景。
Everactive的PKS3000技术不仅在性能和功耗两方面取得了显著的进步,相较于前代PKS2001,空闲功耗降低了近十倍,活跃功耗也大幅减少,且无线通信灵敏度提升明显。这些成果背后既有先进制造工艺的驱动,更得益于架构层面的创新设计和细节优化。此外,该芯片无需依赖高价、复杂的FinFET制程工艺就能实现如此极致的低功耗,展示了超低功耗SoC的巨大潜力。该技术特别适合那些安装环境困难、维护成本高昂的物联网应用,如工业设备振动监测、环境感知传感器等。通过消除对电池或外部电源的依赖,部署成本得到显著降低,系统的长期可靠性和可持续性大幅提升。Everactive的技术演进也与当前数据中心和AI计算的高功率趋势形成鲜明对比。
虽然大型AI芯片的功率消耗达数百瓦甚至千瓦量级,带来了巨大的散热和电源挑战,但自供电SoC则开辟了一个全新的方向,即在极其有限的能量预算下实现有意义的计算与通信。这不仅对环境保护有积极意义,同时也推动了物联网与边缘计算的深入融合。未来,随着能源采集技术和超低功耗设计的不断进步,类似PKS3000这样的芯片有望扩展到更多领域,包括智能农业、智慧城市和医疗设备等。此外,随着无线通信标准逐步支持低功耗唤醒技术,相关应用场景的产业生态有望得到进一步完善和推广。Everactive发表于Hot Chips 2025上的介绍充分展现了技术的领先与实用价值。它通过结合先进的能源管理、低功耗计算和智能通信,将芯片设计推向了新的极限。
电脑史上的存储容量比较也强化了这种进步的意义,昔日的IBM个人电脑内存虽容量远大于PKS3000,但后者在极低能耗环境下实现的高时钟频率,体现了半导体技术与架构效率的飞跃。总结来看,Everactive自供电SoC的出现是极低功耗芯片技术发展的重要里程碑。它不仅为物联网设备的电源瓶颈提供了解决方案,更在能源可持续利用方面树立了标杆。伴随着后续技术迭代和工艺升级,自供电芯片有望逐步拓展更多应用场景,为未来智能系统的无缝部署和绿色发展贡献力量。作为产业观察者和技术爱好者,持续关注Everactive及类似企业的动态,将有助于把握下一代芯片技术的潮流和机遇。 。
