美国麻省理工学院(MIT)的研究员日前在国际固态电路会议(ISSCC)上展示一款采用德州仪器 (TI)先进65纳米CMOS工艺制造的超低功耗(ULP)256kb静态随机存取存储器(SRAM)测试器件。该款SRAM专为要求高性能、低功耗的电池供电设备开发而成,能够提供业界最低的电压,而且设计人员正在考虑为该产品采用TI的SmartReflex电源管理技术来延长移动产品的电池使用寿命。
与0.6V的6T对应产品相比,0.4V亚阈值的SRAM的泄漏功率降低了2.25倍。256kb SRAM利用TI 65纳米工艺实现了更小巧的外形,每个位单元(bitcell)包含10颗晶体管,使工作电压能够降至400mV。
MIT的Anantha P. Chandrakasan教授指出:“超低功耗工作对许多新兴商业和军事应用而言都是至关重要的。MIT研究生利用TI与DARPA的资金开发出了采用65纳米CMOS工艺的超低电压逻辑与存储器电路,工作电压低于400mV。供电电压能降到如此低的水平,这对期望能耗最低的应用至关重要,同时能实现超动态的电压缩放(U-DVS)。ULP技术的目的就是大幅降低功耗,同时尽可能减小对系统性能的影响。”
MIT的亚阈值电路研究组
SRAM开发是针对电池供电设备推出超低功耗(ULP)逻辑和存储器计划的一部分,建立在TI与MIT多年合作的基础之上,并由美国国防高级研究计划局(DARPA)提供部分资金。该合作项目致力于节约有限电力,使电压降至亚阈值,并确保实现超低功耗与高性能。此外,开发存储器模块和逻辑与开关模式电源(SMPS)等其它功能也属于该项目范围。
MIT的工作包括分析给定系统的最小功耗点,根据亚阈值电路的功耗特点进行建模,以及电路类型与架构的开发等。MIT以新兴应用为重点研究对象,因为能源效率的重要性对这些应用来说大大超过了传统的速度需求。
扩展SmartReflex技术
MIT与TI联合开发的SRAM器件建立在TI先进的65纳米工艺基础之上,其集成的多种技术能够充分满足业界日益增长的低功耗要求。多媒体及其他高级功能对处理能力的要求不断提高,同时逐步降低功耗并控制散热也变得至关重要,这对无线应用而言尤为如此。TI解决方案是SmartReflex动态电源管理技术,这种技术可根据用户需求自动调节电源电压,从而有助于控制功耗。
SmartReflex技术通过监控电路速度可以动态地调节电压,以便在不降低系统性能的情况下准确地满足性能要求。因此,对于每一种工作频率而言,我们都能恰到好处地采用最低的功率,这就延长了电池的使用寿命,并降低了设备产生的热量。SmartReflex技术能够将256kbSRAM的电压调节至亚阈值,这进一步突显和扩展了其强大的功能。
TI高级研究员兼TI无线芯片技术中心总监Uming Ko博士指出:“在MIT世界级的研究工作中,以及在对未来移动SoC产品意义深远的ULP设计技术方面,TI发挥了自身的作用,并因此深感自豪。TI将在未来移动SoC设计中充分利用这些技术,进一步加大推出新型无线娱乐、通信及连接功能的力度,实现更高的质量、更长的移动设备工作时间以及更精彩的用户体验。”
TI先进的65纳米工艺技术于2005年12月通过质量认证并开始投入量产。TI65纳米工艺可在更紧凑的空间内实现更强的处理能力,同时不会导致功耗增加。TI率先在业界实现65纳米工艺技术的量产,面向包括无线通信领域等在内的各种目标市场大量推出产品。
TI首先于2004年早些时候透露了其工艺技术,并于2005年3月宣布推出无线数字基带处理器的样片。与TI 90纳米工艺相比,该工艺技术使晶体管的密度增加了一倍,功能相当的设计占用面积缩小了一半,而晶体管性能却实现了高达40%的显著提升。此外,TI 65纳米工艺还大幅降低了空闲状态下晶体管的漏电流功耗,同时在“系统级芯片”(SoC)结构中集成了上亿个晶体管以支持模拟和数字功能。
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