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

異步事件驅(qū)動型AIoT叫醒芯片

面向智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）對低功耗叫醒芯片的急切需求，北京大學黃如院士-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、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)動型AIoT芯片架構(gòu)，辦理了在隨機稀疏應用場景下長時平均功耗高的問題，顯著低落了AIoT節(jié)點設備的功耗；課題組同時提出了異步脈沖的信號特征提取要領(lǐng)，僅以幾十nW的極低功耗價錢便實現(xiàn)了信號特征提?。徊恢蝗绱?，基于“時域幀生成器”和“卷積神經(jīng)網(wǎng)絡”智能揣度引擎的技能，團結(jié)重練習機制，在具備低功耗的同時，使物聯(lián)網(wǎng)應用場景因噪聲而導致揣度精度低的問題得以辦理。

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

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，芯片演示應用功效顯示，語音要害詞識別率達94%、異常心電圖識別率達99%，為國際迄今為止首次且獨一的“異步事件驅(qū)動型AIoT芯片”。該事情為將來實現(xiàn)基于全異步脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡（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)絡的148nW通用事件驅(qū)動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亮點論文， 高壓，也是ISSCC前瞻技能規(guī)模（TD，TechnologyDirection）海內(nèi)首次且獨一的Highlight亮點論文，也是本年前瞻技能規(guī)模海內(nèi)獨一頒發(fā)論文。

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

動態(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)傳感器應用需求，北京大學黃如-葉樂課題組與浙江大學、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，在實現(xiàn)高精度的同時顯著低落了物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點的功耗；課題組同時提出了基于動態(tài)范疇自適應滑動技能（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，顯著耽誤了多應用兼容傳感芯片的電池利用壽命。

圖2. (a)動態(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，濕度檢測判別率高達0.0094%RH，電容檢測精度高達17.9aF，綜合機能指標FoM高達0.135pJ?%RH2，與當前世界最好程度對比，功耗低落了2倍，綜合機能指標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（基于自適應范疇滑動的縮放型電容數(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)首次且獨一的Highlight亮點論文， ST電容，也是本年模仿電路規(guī)模海內(nèi)獨一頒發(fā)論文。

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

高機能雷達頻率源芯片