現階段，數以百億計的物聯網設備仍由(you)電(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)。根據計算強(qiang)度和電(dian)(dian)池(chi)化學性(xing)質(zhi)，這些(xie)設備僅能(neng)夠穩(wen)定運行(xing)很短一段時間，個別設備偶爾能(neng)夠運行(xing)數十(shi)年。但(dan)在某些(xie)情況下，這些(xie)設備也可以自己(ji)收集能(neng)量，或(huo)者(zhe)利(li)用外部收集的能(neng)量，使它們幾乎可以無限期地工(gong)作。
多(duo)年來，為半導體供電的能量(liang)(liang)收(shou)(shou)集(ji)技(ji)術一(yi)直(zhi)處于設(she)計(ji)階段(duan)，但時至如(ru)今，該技(ji)術只能實現有限(xian)能量(liang)(liang)的吸收(shou)(shou)和(he)(he)采集(ji)。太陽能、水力發電和(he)(he)地(di)熱能被(bei)大規模使用，而光、熱、風、振動和(he)(he)無線電波(bo)在(zai)更小設(she)備中的使用有限(xian)。
圖1：能量來源包括光、電磁、熱能、動能等（圖源：機器狀態監測中實現自供電無線傳感器網絡的能量收集技術：綜述）
在物聯網領域中(zhong)，能(neng)量收(shou)集有望(wang)減(jian)少或消除對電(dian)池(chi)的需(xu)求。這對于難以(yi)更換(huan)電(dian)池(chi)的設備（例如牲畜傳感器、智能(neng)樓宇和遠(yuan)程監控）以(yi)及(ji)可穿戴電(dian)子設備和物流跟蹤(zong)等應用(yong)特別(bie)有吸引力。但到目前為止(zhi)，這項技術尚(shang)未(wei)能(neng)普及(ji)開來(lai)。
一(yi)定程度上(shang)，這是(shi)由(you)于(yu)輸入源(yuan)(yuan)和能(neng)量水(shui)平小(xiao)且(qie)通常不可靠。此外(wai)，將能(neng)量從環境中轉換(huan)成(cheng)電力需(xu)求高效率的設計方法，這可能(neng)使這些方法成(cheng)本過高。如果操作需(xu)要源(yuan)(yuan)源(yuan)(yuan)不斷的電力，那么(me)能(neng)量存儲(chu)將會是(shi)另一(yi)個值得考慮的方案。
將使用紐(niu)扣電(dian)池的智能(neng)物聯網(wang)傳感器(qi)(qi)設計(ji)與(yu)使用能(neng)量收集的傳感器(qi)(qi)設計(ji)進行比較，可(ke)以看出紐(niu)扣電(dian)池的設計(ji)要簡單(dan)得多。但(dan)是，雖(sui)然使用紐(niu)扣電(dian)池的設計(ji)不需要額外的能(neng)量收集電(dian)路，但(dan)它需要在某(mou)個時候更換電(dian)池。
根據(ju)理(li)論計(ji)算，大(da)多數(shu)物(wu)聯(lian)網規(gui)格預(yu)測電(dian)(dian)(dian)池(chi)壽命(ming)將持續數(shu)年到20年以上。然而(er)，這些預(yu)估通常不會考慮電(dian)(dian)(dian)池(chi)泄漏和排水。與工業級(ji)物(wu)聯(lian)網電(dian)(dian)(dian)池(chi)相比，消費類(lei)紐扣電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)質(zhi)量和可(ke)靠性(xing)要低得多。這就解(jie)釋了為什么工業級(ji)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)成(cheng)本要高出一個數(shu)量級(ji)，同時(shi)還顯示出能量收集的(de)(de)吸引力，這可(ke)以縮(suo)減(jian)對(dui)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)需求，或在設備的(de)(de)使用壽命(ming)內自動為電(dian)(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)(dian)。
“能(neng)量收集技術正在不(bu)(bu)斷(duan)發(fa)展，”西門子(zi)數字工業軟件(jian)公司產品(pin)工程(cheng)總監John Stabenow稱。“隨著對物(wu)聯(lian)網需求不(bu)(bu)斷(duan)增加，為(wei)無電池物(wu)聯(lian)網解(jie)決方(fang)案的(de)(de)(de)使用提(ti)供了強勁的(de)(de)(de)驅動力。優勢是顯(xian)而(er)易見(jian)的(de)(de)(de)，無需每隔幾(ji)年(nian)更換數千塊電池，節省的(de)(de)(de)成本很可觀。智能(neng)化、小型(xing)化、超低功耗(hao)逐漸成為(wei)物(wu)聯(lian)網傳感器發(fa)展的(de)(de)(de)主流方(fang)向。通過(guo)使用系(xi)統設計建(jian)模和(he)(he)仿真，可以為(wei)智能(neng)傳感器的(de)(de)(de)開發(fa)提(ti)供最佳功率(lv)預(yu)算和(he)(he)電路設計。因此，可以對能(neng)量收集技術進行微調，以滿足特定的(de)(de)(de)功率(lv)要求。”
理想的(de)(de)用例是(shi)為(wei)具有超低功耗的(de)(de)設備(bei)提供高效能(neng)量收(shou)集的(de)(de)組合，以實現可(ke)持續的(de)(de)運(yun)行。為(wei)了正(zheng)確看待問題，以下(xia)是(shi)各種來源的(de)(de)可(ke)用能(neng)量和各種設備(bei)的(de)(de)估計能(neng)量需求的(de)(de)一些示(shi)例：
提高能量轉換效率
太(tai)陽(yang)能(neng)是主流的(de)能(neng)源，但使(shi)用太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)板(ban)(ban)將太(tai)陽(yang)能(neng)轉換(huan)為電(dian)能(neng)的(de)效率很低，這就是為什么太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)板(ban)(ban)如此之大。太(tai)陽(yang)光(guang)使(shi)用光(guang)伏(fu)（PV）半(ban)導體材料轉換(huan)為電(dian)能(neng)。多(duo)個光(guang)伏(fu)電(dian)池(chi)(chi)連接在一起(qi)形成一個模(mo)塊或面板(ban)(ban)。通過使(shi)用最(zui)大功率點（MPPT）技術(shu)，在轉換(huan)光(guang)伏(fu)模(mo)塊功率時可實現最(zui)高效率。
在電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)情況(kuang)下，MPPT 算(suan)法(fa)會(hui)比較PV輸出(chu)和電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)，然后(hou)設置最佳充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)。MPPT算(suan)法(fa)在寒冷天氣或(huo)電(dian)(dian)池快要放(fang)完(wan)電(dian)(dian)時執行(xing)最有效。
“對(dui)(dui)于能(neng)(neng)量(liang)收集而言，太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)是可再生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)之一，”英飛凌(ling)科(ke)技(ji)首席(xi)應(ying)用工(gong)程(cheng)師Kasra Khazraei表示(shi)。“太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)系統由兩個主要組(zu)件組(zu)成，太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)(chi)板和電力電子電路(lu)。大多數太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)(chi)板的(de)(de)效率(lv)都(dou)在(zai)20%以下(xia)，平(ping)均在(zai)17%至(zhi)18%左右。針對(dui)(dui)有效提升(sheng)效率(lv)問題(ti)，太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)(chi)物理學的(de)(de)突(tu)破是必要的(de)(de)。這就(jiu)是為什么很多努力都(dou)集中在(zai)提高電力電子電路(lu)的(de)(de)效率(lv)上，以提高太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)系統的(de)(de)整體能(neng)(neng)量(liang)輸出。”
例如，ADI公司開發了(le)一種微型封裝（1.63mm x 1.23mm），用于從單(dan)個太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池收集(ji)能(neng)(neng)量(liang)。使(shi)用這種方法(fa)，該公司聲稱已經達到(dao)了(le)85%至90%的效率水平，使(shi)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池板收集(ji)的幾乎(hu)所有(you)能(neng)(neng)量(liang)都能(neng)(neng)得(de)到(dao)充分(fen)利用。
“針對超低功耗應用，例如車載探測器、牲畜跟蹤、智能農場、智慧城市和(he)可穿(chuan)戴消費設(she)備等，其能(neng)量收集器(qi)(qi)的(de)(de)高效設(she)計對低功耗有(you)著極高的(de)(de)要(yao)求（在μW范(fan)圍(wei)內），且在使(shi)用(yong)PV電(dian)池時冷啟(qi)動電(dian)壓(ya)低于500mV，使(shi)用(yong)熱電(dian)發生器(qi)(qi)（TEG）時低于100mV。整體來說，MPPT嵌入式算法(fa)是有(you)幫(bang)助的(de)(de)，因為它(ta)可以(yi)(yi)最大限度(du)地從兩個來源中提取能(neng)量，”意法(fa)半(ban)導體技(ji)術營銷組(zu)經理Alessandro Nicosia認為。“此外，需要(yao)一個強大的(de)(de)PCB設(she)計來保護系(xi)統免受噪聲和(he)環境干(gan)擾，這些干(gan)擾可能(neng)導致電(dian)池過(guo)充(chong)電(dian)和(he)過(guo)放電(dian)閾值(zhi)的(de)(de)錯誤觸(chu)發，以(yi)(yi)及未經保護的(de)(de)內部電(dian)路待(dai)機相位和(he)電(dian)池/負載供電(dian)連(lian)續性。”
RF能(neng)量收集設計(ji)人員也在(zai)尋求高效轉換能(neng)量的方(fang)法。這(zhe)種方(fang)法廣(guang)泛適用于無(wu)電池消費類產品和(he)電子設備無(wu)線充電等(deng)應用。一個(ge)潛(qian)在(zai)的射(she)頻能(neng)量突破性用例(li)是Powercast提(ti)供的零售電子貨架標簽（ESL）應用程序。
傳統上，工人在雜貨店或百貨商店改變價格標簽。但價格經常變化，特別是商品促銷時，這可能使價格標簽頻繁改動。已經有許多嘗試來降低勞動強度，包括使用無線價格標簽。無線價格標簽方法的一個缺點是，每個標簽都需要有一個由電池供電的無線接收器，并且這些電池需要每隔幾年更換一次。Powercast的想法是使用無線RFID價格標簽。最近，一家大型百貨連鎖店開始部署機器人來跟蹤商店內的庫存。這些機器人可以被編程為使用RF信號掃描無電池RFID價格標簽，以便更新價格。RFID標簽上顯示的新價格將保持不變，直到下次掃描。RFID價格標簽中使用的Powercast RF-to-DC轉換器芯片尺寸(cun)為1 x 0.6 x 0.3mm，支持10MHz至6GHz的頻率，轉換效(xiao)率為75%。
圖2：射頻能量收集功能包括射頻到直流轉換和電壓監控（圖源：Powercast）
“射頻(pin)能(neng)量(liang)源(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)強度各(ge)不(bu)相同(tong)。因此，用于(yu)將(jiang)RF能(neng)量(liang)轉換為直流的(de)(de)(de)(de)芯(xin)片要求高(gao)效(xiao)，優選在70%至80%的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)內。天線設計(ji)對(dui)于(yu)最大化能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)也(ye)很(hen)重要，”Powercast首席技術官Charles Greene評論道，“此外，根據應用的(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)，設備與能(neng)源(yuan)(yuan)（如Wi-Fi路由器）的(de)(de)(de)(de)距(ju)離(li)(li)也(ye)很(hen)重要，因為能(neng)量(liang)功(gong)率與其距(ju)離(li)(li)成反比。例如，無線游戲(xi)控制器的(de)(de)(de)(de)功(gong)率更強，需要保持在距(ju)離(li)(li)電源(yuan)(yuan)一英(ying)尺的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)內。鍵盤(pan)的(de)(de)(de)(de)耗電量(liang)較小，并且可以保持在距(ju)離(li)(li)其源(yuan)(yuan)頭(tou)六(liu)英(ying)尺的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)內。物聯(lian)網傳感器將(jiang)在10英(ying)尺內正常運(yun)行(xing)。”
降低系統功耗
雖然能量收(shou)集很重要(yao)，但(dan)它不會(hui)降(jiang)低(di)低(di)功(gong)耗(hao)設計的價(jia)值，尤其是(shi)在邊緣應用中。“這始終是(shi)關于以最低(di)功(gong)耗(hao)實(shi)現(xian)計算能力最大化，”瑞(rui)薩電(dian)子美國公司執行(xing)副(fu)總裁Saileesh Chittipeddi表(biao)示。“新(xin)系統(tong)中的功(gong)率效(xiao)率和功(gong)耗(hao)概念對人們來說變得越(yue)來越(yue)重要(yao)。這推動了(le)策(ce)略轉變，特(te)別是(shi)在工業(ye)領域。”
能(neng)量收集補充了(le)這種轉(zhuan)變(bian)，簡單的解決方案通常比復雜的解決方案更具優勢(shi)。例如(ru)，16位(wei)(wei)MCU的功耗(hao)低于32位(wei)(wei)MCU。同(tong)樣，4位(wei)(wei)MCU比8位(wei)(wei)MCU功耗(hao)更低。合(he)理調整(zheng)設計大小意味(wei)著(zhu)首先要產生的能(neng)量更少。
最近(jin)，越(yue)來越(yue)多的(de)(de)芯片制造商在(zai)(zai)開發(fa)(fa)nW范(fan)圍內(nei)工作的(de)(de)超低功耗(hao)MCU。一些超低功耗(hao)MCU可(ke)以(yi)在(zai)(zai)1.8V下(xia)工作，在(zai)(zai)運行(xing)模式下(xia)每兆(zhao)赫茲(zi)僅消(xiao)耗(hao)150μA電(dian)流(liu)，而休眠模式僅消(xiao)耗(hao)10nA電(dian)流(liu)。如(ru)果(guo)需要(yao)保留(liu)存儲器(qi)內(nei)容，則(ze)休眠模式電(dian)流(liu)將在(zai)(zai)2μS喚(huan)醒時間內(nei)增加到(dao)50nA。這(zhe)種趨勢對能量收集的(de)(de)發(fa)(fa)展非常鼓舞人心。
“直到最近，能量(liang)收(shou)集系(xi)統(tong)設計人員通常會簡單(dan)地表征其系(xi)統(tong)的(de)(de)功(gong)率和(he)能量(liang)需(xu)求(qiu)，然(ran)后選擇足夠大的(de)(de)能量(liang)收(shou)集器(qi)和(he)存儲(chu)器(qi)來可(ke)靠地提供此(ci)功(gong)能，”Arm工(gong)程師James Myers指出，“這(zhe)(zhe)很有效，但(dan)這(zhe)(zhe)意味著這(zhe)(zhe)些系(xi)統(tong)通常可(ke)能很大而且很昂(ang)貴。如今的(de)(de)方案(an)逐漸將問題的(de)(de)焦點轉向應(ying)用規(gui)模或成本約束，這(zhe)(zhe)流入了(le)功(gong)率和(he)能源(yuan)預算，系(xi)統(tong)需(xu)要為此(ci)進行設計。幸運的(de)(de)是，我(wo)們現在(zai)有大量(liang)的(de)(de)低功(gong)耗(hao)組(zu)件可(ke)供使用，如果都(dou)不(bu)合適(shi)，還(huan)可(ke)以構建(jian)一個自定義SoC，該SoC可(ke)以按照(zhao)需(xu)求(qiu)進行集成。超低功(gong)耗(hao)處理器(qi)對這(zhe)(zhe)個領域特(te)別有用，因(yin)為它們允許與(yu)無線電(dian)、執行器(qi)和(he)非(fei)易失性內存使用等能源(yuan)密集型活(huo)動(dong)進行智能權衡。它們甚至可(ke)以適(shi)應(ying)無存儲(chu)收(shou)集系(xi)統(tong)中(zhong)的(de)(de)間歇性電(dian)源(yuan)可(ke)用性。”
開放的無線電標準
國際(ji)電工委員(yuan)會（IEC）發布了一系列(lie)標(biao)準，以解決與振(zhen)動、熱和(he)電磁能(neng)源相關用(yong)于(yu)能(neng)量收集和(he)生(sheng)成的(de)半導體器件。該標(biao)準還涉及測試和(he)評(ping)估(gu)方法(fa)，柔性熱電器件的(de)測試方法(fa)以及線性滑動模式(shi)摩擦電能(neng)量收集。
另外，EnOcean聯(lian)盟是一(yi)個擁有500名(ming)成員的非營利(li)組織(zhi)，支持ISO/IEC 14543-3-10（稱為(wei)ASK并在(zai)(zai)歐洲使用）或(huo)14543-3-11（稱為(wei)FSK，在(zai)(zai)北美和日本使用）。它(ta)是一(yi)種開放協調的無(wu)(wu)線(xian)電(dian)標準，用于(yu)描述無(wu)(wu)線(xian)電(dian)參數（OSI中的物理層(ceng)1）。此(ci)標準針對自供(gong)電(dian)無(wu)(wu)線(xian)設備(bei)進行了優化。
EnOcean聯盟獨立于EnOcean公司存在。該聯盟的七個發起人包括BSC Computer GmbH、Eltako、EnOcean GmbH、NIFCO Inc.、IBM、Microsoft和T-Systems Multimedia Solutions。這個全球網絡的成員創建了一個可互操作的免維護標準，其中包含用于智能家居，智(zhi)能建筑和智(zhi)能空間應(ying)用的認(ren)證計劃。
能量收集技術持續創新
能量收集發展勢頭正持續提升。包括(kuo)ADI、Atmosic、EnOcean、Metis Microsystems、ONiO、Powercast、瑞薩電子(zi)、意法半導體(ti)和德(de)州儀(yi)器在(zai)內的(de)公(gong)司提供越(yue)來越(yue)多的(de)硅產品。通(tong)過AI技術(shu)(shu)，產品將更(geng)(geng)小巧(qiao)、更(geng)(geng)輕便、更(geng)(geng)智能，甚至(zhi)功耗更(geng)(geng)低(di)。能量收集技術(shu)(shu)正在(zai)不斷創(chuang)新中成熟落地，未來的(de)可(ke)能性只(zhi)會(hui)受到想象力的(de)限制。
“近年(nian)來(lai)，我(wo)(wo)們看到很(hen)多為(wei)提(ti)高電(dian)力(li)電(dian)子系(xi)(xi)統(tong)效率(lv)對寬(kuan)帶隙(xi)開(kai)關(guan)開(kai)發(fa)的(de)投資，”英飛凌的(de)Khazraei表示(shi)。“正如我(wo)(wo)們將(jiang)在未來(lai)5到10年(nian)內看到的(de)那樣，采用由(you)氮化鎵和碳化硅(gui)制成(cheng)的(de)高度先進的(de)寬(kuan)帶隙(xi)開(kai)關(guan)將(jiang)徹底改變可再生能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)。這些開(kai)關(guan)可實現非常高的(de)頻率(lv)功(gong)率(lv)密(mi)度和高效設計。電(dian)路尺寸顯著(zhu)減小將(jiang)降低安(an)裝和維護太陽(yang)能(neng)系(xi)(xi)統(tong)的(de)成(cheng)本。”
最近，華盛頓(dun)大學(xue)在一段(duan)視頻(pin)中(zhong)展示了(le)一個(ge)輕巧、低功(gong)耗(hao)、蒲(pu)公英狀傳(chuan)(chuan)感器(qi)漂浮在空氣中(zhong)，對溫度(du)和濕度(du)進行采樣。根據該校助理(li)教授Vikram Lyer的(de)說法，這種微型設(she)備的(de)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)從幾微瓦(wa)到超過10微瓦(wa)不等，具體取(qu)決(jue)于(yu)(yu)采樣率(lv)。它從太陽收集能(neng)(neng)(neng)量，速度(du)為每秒0.87米，對于(yu)(yu)30mg的(de)設(she)備（傳(chuan)(chuan)感器(qi)重1mg），可(ke)以在微風(feng)中(zhong)傳(chuan)(chuan)播50至(zhi)100米，安全直立(li)著陸的(de)概(gai)率(lv)約為95%。該設(she)備可(ke)能(neng)(neng)(neng)用于(yu)(yu)監測(ce)干燥天(tian)氣地區的(de)森林火災。該校正在推進更進一步的(de)研(yan)究，以擴大傳(chuan)(chuan)感器(qi)的(de)控制和應用。
歐洲研(yan)究(jiu)委員會（ERC）向德國(guo)開姆(mu)尼茨理工大學提供了150萬歐元的(de)(de)研(yan)究(jiu)經費，用(yong)于(yu)開發世界上最小的(de)(de)電(dian)池(chi)：智能塵埃電(dian)池(chi)。基(ji)于(yu)過(guo)去的(de)(de)電(dian)池(chi)研(yan)究(jiu)，該團隊設定了一個目標(biao)，即開發一種能夠為每平方(fang)厘米提供100微(wei)瓦能量的(de)(de)電(dian)池(chi)，用(yong)于(yu)超(chao)小型(xing)計算機和電(dian)子應用(yong)。當這成為現(xian)實時，它可以嵌(qian)入到未來的(de)(de)物(wu)聯網設備(bei)中，這些設備(bei)依賴于(yu)能量收集進行充(chong)電(dian)。
“能(neng)量收(shou)(shou)(shou)集(ji)(ji)技(ji)術將繼續(xu)發展，”EnOcean總裁(cai)兼聯合創始(shi)人Oliver Sczesny表示(shi)，“傳統公(gong)司以及初創公(gong)司將帶(dai)來(lai)新的(de)想法和創新。例(li)如(ru)，太陽(yang)能(neng)和熱能(neng)收(shou)(shou)(shou)集(ji)(ji)對輕薄、靈活且可打印的(de)能(neng)量收(shou)(shou)(shou)集(ji)(ji)器(qi)箔進行了(le)大(da)量研究(jiu)。特(te)別是針(zhen)對太陽(yang)能(neng)收(shou)(shou)(shou)集(ji)(ji)，該器(qi)件(jian)原(yuan)型已經上市并開始(shi)大(da)規(gui)模(mo)生產(chan)。這(zhe)些類型的(de)收(shou)(shou)(shou)集(ji)(ji)器(qi)從(cong)為小型傳感器(qi)供電(dian)到更大(da)規(gui)模(mo)的(de)能(neng)量收(shou)(shou)(shou)集(ji)(ji)，提供了(le)更為廣泛的(de)可能(neng)性(xing)。”
正在(zai)開發的(de)其他技術概念，例(li)如(ru)無線無電池身體傳感器網絡，使用近場服裝來監測穿著者的(de)生理狀況，以及用于測量(liang)患者傷(shang)害脆弱點的(de)無線軟傳感器。業界逐漸開始嘗試(shi)新的(de)方(fang)法，例(li)如(ru)從電路的(de)瞬態(tai)能(neng)(neng)量(liang)中收集，預計研究機(ji)構、創(chuang)新高(gao)科技公司和初創(chuang)公司將繼續提出能(neng)(neng)量(liang)收集的(de)新想法。
“計算系統用1和0表(biao)(biao)示(shi)信息，其中二進(jin)制數據的(de)(de)信息通常以電(dian)(dian)荷(he)的(de)(de)形式存在(zai)于(yu)(yu)CMOS芯片中，”Metis Microsystems的(de)(de)創(chuang)始人(ren)兼首席執行官Azeez Bhavnagarwala表(biao)(biao)示(shi)。“‘1’在(zai)電(dian)(dian)路(lu)節(jie)點(dian)上(shang)表(biao)(biao)示(shi)方法(fa)是，將電(dian)(dian)荷(he)從芯片的(de)(de)電(dian)(dian)網移動到節(jie)點(dian)，將其電(dian)(dian)勢提(ti)高到芯片的(de)(de)電(dian)(dian)源電(dian)(dian)壓(ya)。電(dian)(dian)路(lu)節(jie)點(dian)上(shang)的(de)(de)‘0’通過排出其上(shang)持有(you)的(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)來(lai)表(biao)(biao)示(shi)，將其電(dian)(dian)勢降低到芯片的(de)(de)參考地電(dian)(dian)位(wei)。在(zai)這(zhe)兩種(zhong)情況(kuang)下，這(zhe)些保存數據的(de)(de)電(dian)(dian)路(lu)節(jie)點(dian)都(dou)可以作為靜電(dian)(dian)能量的(de)(de)來(lai)源或(huo)接(jie)收器(qi)，相當于(yu)(yu)電(dian)(dian)路(lu)節(jie)點(dian)上(shang)的(de)(de)‘硅電(dian)(dian)池’。這(zhe)種(zhong)硅電(dian)(dian)池可以作為芯片內的(de)(de)能量資(zi)源，提(ti)供(gong)存儲器(qi)和算術組(zu)件所需的(de)(de)一些功率。”
這是一個重要的轉變。“用(yong)于(yu)基于(yu)CMO的靜(jing)態存儲(chu)器(qi)的電路(lu)IP（6T SRAM、8T寄(ji)存器(qi)文件(jian)(jian)、CAM和(he)(he)數(shu)字CIM陣列），已被(bei)開發(fa)用(yong)于(yu)收集(ji)瞬態片上數(shu)據(ju)(ju)，從而將CMOS組件(jian)(jian)的能量延遲提(ti)高一個數(shu)量級。”Bhavnagarwala認為。“這種改(gai)(gai)進可以在不改(gai)(gai)變工作電壓或(huo)(huo)CMOS工藝的情況下(xia)進行。收集(ji)片上瞬態數(shu)據(ju)(ju)也會對其他設計指標產生有利影響，例如在存在顯著MOS器(qi)件(jian)(jian)變化(hua)的情況下(xia)信號開發(fa)的不確定性。與從環境源(yuan)收集(ji)能量的傳(chuan)統技術不同(tong)，數(shu)據(ju)(ju)收集(ji)方法和(he)(he)電路(lu)不必僅限于(yu)低功率密度應用(yong)，如跟蹤器(qi)或(huo)(huo)傳(chuan)感(gan)器(qi)網絡(luo)(luo)。從邊緣的能源(yuan)匱乏設備到(dao)數(shu)據(ju)(ju)中心的加速(su)器(qi)和(he)(he)網絡(luo)(luo)硬件(jian)(jian)，這些器(qi)件(jian)(jian)可以為廣泛的處理(li)器(qi)提(ti)供動力。
