一种新的重构技术它自适应地扩展了数字电路的最小功耗和最大性能

　　来自NUS的一组研究人员发明了一种新的重构技术，它自适应地扩展了数字电路的最小功耗和最大性能，远远超出了普通电压缩放。 这种扩展适应允许数字硅芯片在正常使用期间以较低的功率工作，并在必要时以更高的性能水平工作。
　　这延长了由收割机供电的系统在不确定电源可用性下的电池寿命(例如。 太阳能电池)或可充电电池，同时提供更高的峰值性能，以进行片上数据分析时，发生的事件感兴趣。 这是物联网（物联网）、人工智能(AI)、可穿戴设备和生物医学设备等应用的关键推动者。
　　“我们的重新配置技术引入了前所未有的适应性波动的电力供应和性能需求。 与工业标准的电压缩放技术相比，我们实验室对几个测试芯片的测量表明，这种适应将移动或可穿戴设备的电池寿命延长1.5倍，同时使峰值性能加倍。 NUS Engineering的副教授Massimo Alioto解释说：“我们的技术还可以通过相同的因素进一步使电池小型化，同时保持相同的电池寿命。” 他是NUS绿色IC集团的领导者，正是这一技术突破的背后。
　　他补充说：“作为进一步的好处，我们的电路技术的功率性能多功能性允许半导体公司简化他们的芯片组合和降低设计成本，因为相同的数字设计可以在广泛的应用和市场上重复使用。”
　　所提出的技术导致了加速器和处理器(例如，快速傅里叶变换，ARM处理器)的演示，目前报告的能耗最小。 新技术背后的研究得到了主要半导体公司（英特尔、台积电）以及新加坡教育部和新加坡国家研究基金会的支持。
　　数据和时钟路径适应：实现低最低功耗和高峰值性能
　　大多数先进的移动、物联网和人工智能应用程序需要在平均功率（即电池寿命)和决定系统响应的最大性能(例如，当屏幕被触摸时，或当传感器产生感兴趣的数据时执行数据分析）之间进行灵活和广泛的权衡。
　　目前，动态电压缩放是实现这种灵活性的金标准。 在1V左右的电压下工作会导致最大的性能和能耗，而降低到0.4-0.5V则会降低能耗4到5倍，并使运行速度减慢近10倍。 这种方法的缺点是电压缩放通常适用于固定的数字架构，尽管能耗和性能的最佳架构取决于所采用的电压。
　　该NUS发明的性能优于电压缩放，因为它的电路重构使结构与所采用的电压之间能够更好地匹配，因此可以进一步降低能耗，并在不同电压下提高性能。
　　阿利奥托副教授说：“我们的发明使得能够重新配置执行实际处理的“数据路径”和分配时钟信号以协调不同处理任务的“时钟路径”。 在这两种情况下，它们的基本构建块被灵活地合并或拆分，以创建数据和时钟路径结构，从而在给定电压下提高能量效率或性能。
　　与传统的电压缩放相比，NUS绿色IC组提出的方法使数字电路更加通用和自适应，允许在功率性能谱的两端同时优化。
　　公开提供技术书籍和完整的工具链
　　为了与世界各地的工业和研究团体分享团队新技术的好处，最近发布了一本技术书籍，以提供处理器、加速器和片上存储器的硅片实现的背景和细节。 还创建了一个自动设计流程，并在GitHub上公开发布。
　　在我们的书中，我们介绍并演示了使用完全商业设计工具的设计方法，这些设计工具被集成到一个连贯的设计流程中，其中时钟和数据路径重构是以即插即用的方式结合起来的。 我们很高兴以开放源码的方式分享软件代码，以便能够在商业部门和学术研究中大量和迅速地采用我们的新技术。
　　下一步
　　NUS研究小组目前正在研究开发新型的智能硅系统，这些智能硅系统允许嵌入到物联网传感硅芯片中的AI加速器中的超宽功率性能适应。 这将导致下一代系统总是可用的，同时能够快速响应具有非常显著计算性能的外部事件。
　　在他们的工作中，团队努力通过在现有系统架构中的Drop-in技术和设计方法来实现功率性能的适应。 这允许在不破坏设计生态系统的情况下实现功率性能效益，从而能够快速和大规模地采用下一代智能系统。