MIT: Human body heat may someday power energy-efficient chip
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德州儀器（TI）希望在 5 年內能將新的低伏特晶片設計用於生產中
Sharon Gaudin 06/02/2008
這款由 MIT 研究者所設計的新節能晶片所使用的電力如此之小，讓人類體熱有朝一日能為可植入式醫療裝置充電。
此新晶片設計，研究者表示將減少耗電量達 10 倍，將在本週於舊金山所舉辦的國際固態電路研討會（ISSCC）上亮相。此晶片，仍在概念驗證階段，預計要用在可攜式電子裝置中，例如手機、PDAs 或甚至是可植入式醫療系統。
"我們打算要盡我們所能盡快移植這些新的低電壓技術，" Dennis Buss 說，TI 的首席科學家，TI 工程師與 MIT 研究者進行這個二年計畫。"要達到我們想要的程度將花大約 5 年的時間。進行一場研究示範是相當重要的一步，不過讓它夠強健以進行商業化生產將需要一些研究。"
根據 Joyce Kwong 表示，MIT 電機工程與電腦科學系畢業生，同時也是晶片設計計畫的成員之一，此晶片的節能關鍵是讓它在伏特數減少的情況下運作。今日大部分的行動處理器大約以 1 伏特運作。然而 MIT 新晶片的需求則是降到 0.3 伏特。
當你使用標準的方程式來計算晶片將會使用多少電力時，電壓會被平方。這表示，如果伏特數增加，電力消耗將往上跳。然而，若伏特數減少，電力消耗將直直落下。
"電壓是關鍵，" Jim McGregor 說，In-Stat 的分析師。"這些手持式裝都被要求做愈來愈多的事。能夠減少電壓可讓你增加矽的複雜度，以處理更多功能，而且它也會增加電池壽命，這在許多應用中是個關鍵。"
然而，手機或手持式裝置所需的電壓依賴該裝置做什麼而定。Buss 解釋，如果晶片閒置時，0.3 伏特將足以運作晶片。然而，如果該裝置正在做某些需要高速的工作時，晶片將需要更多伏特數。而且晶片所使用的伏特數被設計成能在高、低電壓之間縮放。
"我們所需要的概念是動態電壓縮放，" Buss 補充。"電壓能依照你必須進行多少運算來增加或減少。當你需要快速時，你會將伏特數往上調。當你進入睡眠模式或待機時，你能夠讓伏特數降低，並節省寶貴的電力。"
Buss 解釋，此晶片使用 DC-to-DC 轉換器，那控制電壓程度。多路轉換器，他補充，端賴該裝置的功能，能在特定片刻設定不同的程度。無論何時，移動到低電壓程度都可能節省能量消耗。
"如果我在黑莓機當中使用這種晶片設計，我能夠獲得更多寶貴的電池壽命，" Buss 說。"至於有多少，端賴所使用的應用而定。"
Kwong 解釋，研究者必須要重新設計記憶與邏輯迴路，讓晶片能將到 0.3 伏特。"基本上，是在記憶體中，我們不是要用典型的六電晶體儲存單元（six-transistor bit cell），相反的我們要用八電晶體儲存單元，" 她提到。"這幫助從記憶體讀取。有了更多的電晶體，當我們進行讀取操作時，可使它更難擾亂儲存單元中的資料。如果你疏忽（slip）儲存單元中的資料，你會導致錯誤產生，現在因為產生了錯誤，接著會導致晶片採用更高的電壓。"
她亦表示，她們重新設計了邏輯電路的基石，讓它們更不易受到製造過程中的變化所影響。
Buss 說，要運作此晶片的電力變得如此之小，或許有天人類體溫或甚至是移動都能夠轉換成為這個晶片，那在可植入式醫療裝置中運作，提供電力。
Dean McCarron，Mercury Research 的總裁，提到在 1960 與 1970 年代初期，電腦晶片平均使用約 12 伏特。 10 年前，此數量降到 5 伏特，在過去 3 年內，則降到了 1-2 伏特。
"降低伏特數事實上是降低系統電力的標準，" McCarron 說。"挑戰在於電壓何時能達到某種程度，一般來說是 0.8-0.9 伏特，這讓晶片運作會變得更困難。你知道的，0.9 被認為是底線，而這些傢伙突破了這條底線。"
※ 相關報導：
＊ Team develops energy-efficient microchip - MIT News Office
http://web.mit.edu/newsoffice/2008/energy-chip-0205.html
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