原创 物联网应用持久工作需要怎样的MCU？

物联网（IoT）是现今发展最快速和最具活力的市场之一。物联网中的一大产品类别——可穿戴设计主要受限于电池尺寸。换句话说，可穿戴产品的外形尺寸终将取决于电池尺寸而非PCB尺寸。因此，减少可穿戴产品的总体功耗极为重要，这将直接影响到设计中的最大器件——电池。 低功耗已经取代性能成为电子设计的首要挑战。物联网设计为了满足低功耗的要求，通常采用ARM Cortex-M0+内核的MCU进行设计。然而这却会对处理性能产生影响。那么，在设计物联网产品时如何才能兼顾性能与功耗？若能同时获得高性能与低功耗，又能实现怎样的产品创新？ 亚阈值技术打破功耗限制 Ambiq Micro公司市场营销副总裁Mike Salas告诉记者，相比于市场上其他的MCU厂商，Ambiq Micro公司能够提供市场所需的革命性功耗进步。Ambiq Micro的专利亚阈值电压技术能够帮助实现显著的功耗降低。

图1：Ambiq Micro公司市场营销副总裁Mike Salas

“与其它MCU公司不同，Ambiq拥有独特的专利亚阈值技术，可以在Apollo MCU产品中同时优化工作和睡眠模式功耗。”Mike谈道，“Apollo MCU的工作模式功耗达到业界领先的30uA/MHz——相比其它竞争MCU产品改进多达10倍。同样，睡眠模式电流低至100nA——这也是业界领先的性能，并且相比竞争解决方案实现了多达38倍的提升。因此，Ambiq的Apollo MCU产品提供的主要竞争优势是，相比其它所有竞争解决方案显著降低功耗值。” 因此，Apollo MCU可以实现前所未有的丰富创新，例如使用Apollo MCU能够显著延长电池寿命——将其从数小时或数周延长至数月或数年。另一方面，Ambiq解决方案也有助于腾出功率预算，从而增添更多以前由于功耗限制而无法实现的功能。或者说，设计人员可以不只是简单地延长电池寿命或增添新功能，而是可以选择减小电池尺寸创建出对用户更加友好的产品。所有这些改进均可以通过Apollo MCU来实现，从而能够真正推动全新的思维方式。

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《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 M4内核MCU功耗低过M0+解决方案？ Ambiq MCU产品一个奇特之处是，传统上低功耗MCU选择ARM Cortex-M0+内核设计，而Ambiq的MCU采用的是ARM Cortex-M4内核设计。Mike解释道，与其它传统上选择使用ARM Cortex-M0+内核的“低功耗”MCU产品不同，Ambiq特意选择M4内核有两个主要原因。

图2：Apollo超低功耗MCU架构图

第一个原因是，Ambiq亚阈值电路电平技术使得其能够选择M4F内核来替代M0+内核，而不会有任何功率损失。事实证明，Ambiq基于M4F的 Apollo MCU的功耗值远低于其它所有竞争对手的M0+解决方案。 第二个原因是，Ambiq所瞄准的某些主要市场（比如可穿戴设备和IoT）越来越多地依赖于大量的传感器和复杂的算法，而使用M4F内核对于这些应用有很大优势——相比M0+解决方案，能够极大提升执行指令的速度。 “因此，现在可穿戴设备可以真正执行本地化处理，而无需将信息发送到其它地方来进行更复杂的处理工作。不过，我们仍然与云服务提供商紧密合作，因为我们可以提供他们真正关心的信息：最终应用数据。最终能够获得的是尽可能好的解决方案：功耗水平甚至比M0+解决方案更低，而又能提供M4F处理器的性能。”Mike表示。

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《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 功耗摩尔定律：摆脱电池不是梦 相比于SoC，Ambiq MCU同样具有优势。Mike指出，Apollo MCU具有革命性的功耗值，结合合作伙伴最佳的传感器和蓝牙射频解决方案，便可以带来功耗远低于SoC的解决方案，从而便能使用较小或较少的电池，或者根本不使用电池，而是采用能量采集电源。 对于Ambiq MCU应用的成功案例，Mike分享道：“我们的一位客户之前一直使用基于M4F的产品，在转用Ambiq产品后，实现了10倍工作模式功耗降低及28倍睡眠模式功耗降低。我们的另一位客户以前一直在用基于M0+的产品，通过转用Ambiq MCU产品，该客户实现了4倍工作模式功耗及9倍睡眠模式功耗的改善。在这个例子中，这些功耗改善并不包括Ambiq M4F内核超越其它制造商的额外效率优势，因此实际的功率节省甚至更大。客户选择Ambiq MCU设计产品，甚至能够以低于M0+解决方案的功耗水平获得M4F处理内核的性能。”

图3：相比传统解决方案，Ambiq亚阈值功率优化技术（SPOT）能够显著降低能耗

那么，既然Ambiq产品同时提供了高性能和低功耗的优势，那么它的性价比又怎样呢？“由于我们独特的亚阈值电压技术使用标准的主流CMOS工艺，我们将会实现与所有其它半导体器件相同的规模经济。因此，我们的成本结构可与今天市场上的其它MCU产品相媲美，这意味着我们的产品能够与其它器件有效竞争。”Mike说。 在谈到目前能量采集技术还难以满足产品持续工作这一问题时，Mike指出：“很显然业界有着减小和最终省去电池的强劲需求，因此，Ambiq Micro开发了内部称作全新‘功耗摩尔定律’的法则。这个Ambiq法则主张我们每两年至少将功耗削减一半。Ambiq在未来数年将继续大幅改进功耗，我们已经从Apollo MCU产品系列开始实施。然而值得一提的是，从系统角度看，通过考虑软件、编译器和其它器件等因素，还有很多其它减少功耗的方法。Ambiq专注于采用任何可能的方式来减少系统级功耗，因而在未来的数月中，我们将会发布讨论整个生态系统的各种公告。” “在不久的将来，我们将会看到许多之前让人难以置信的创新成为现实。例如，物联网（IoT）设备将可能实现‘永久’工作，这是由于其将不再依赖于电池，而是完全依靠能量采集电源供电。又或是我们能看到新颖的可穿戴产品，比如使用小到几乎看不见的微型电池供电的智能衣服。简而言之，显著降低电子产品的功耗将会打开创新浪潮的大门，因为企业无需过于担心功耗，从而可专注于实现各种可能。”Mike最后说。

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