現階段，數以百億計的物聯網設(she)備仍由電(dian)池(chi)供電(dian)。根據(ju)計(ji)算(suan)強(qiang)度和電(dian)池(chi)化學性(xing)質，這些(xie)設(she)備僅能(neng)夠(gou)穩定運行(xing)很短一(yi)段時間，個別設(she)備偶爾能(neng)夠(gou)運行(xing)數十(shi)年。但在某些(xie)情況下，這些(xie)設(she)備也可以自己(ji)收集(ji)能(neng)量(liang)(liang)，或者利用外部收集(ji)的能(neng)量(liang)(liang)，使它們幾乎可以無限期地工作。
多年來，為半導體供電的能(neng)量收(shou)集技術(shu)一直(zhi)處(chu)于設計階段，但時至如今，該技術(shu)只能(neng)實(shi)現有限能(neng)量的吸收(shou)和采集。太陽能(neng)、水力(li)發電和地熱能(neng)被大規模(mo)使用(yong)，而光、熱、風、振動和無線電波在更(geng)小(xiao)設備中(zhong)的使用(yong)有限。
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，能量收集有(you)望減少或(huo)消除對電(dian)池(chi)的需求。這(zhe)對于難以(yi)更換電(dian)池(chi)的設備（例如牲畜傳感器(qi)、智能樓宇(yu)和(he)遠程監(jian)控）以(yi)及(ji)可穿戴(dai)電(dian)子設備和(he)物流跟蹤等應(ying)用特別有(you)吸引力(li)。但到目(mu)前為止，這(zhe)項技術(shu)尚(shang)未(wei)能普及(ji)開來。
一定程度(du)上(shang)，這是由于輸入(ru)源和能(neng)(neng)量(liang)(liang)水平(ping)小且通常不可(ke)靠。此外(wai)，將(jiang)能(neng)(neng)量(liang)(liang)從(cong)環境中轉(zhuan)換成電(dian)力(li)需求高效率的設(she)計方法，這可(ke)能(neng)(neng)使這些方法成本過(guo)高。如(ru)果操作需要源源不斷的電(dian)力(li)，那(nei)么(me)能(neng)(neng)量(liang)(liang)存儲將(jiang)會是另一個值得考(kao)慮的方案。
將使用(yong)紐(niu)扣(kou)(kou)電池的智(zhi)能(neng)物(wu)聯網傳(chuan)(chuan)感器設計(ji)與使用(yong)能(neng)量收集(ji)的傳(chuan)(chuan)感器設計(ji)進行比較，可(ke)以看出紐(niu)扣(kou)(kou)電池的設計(ji)要(yao)簡單(dan)得多。但是，雖(sui)然(ran)使用(yong)紐(niu)扣(kou)(kou)電池的設計(ji)不需要(yao)額(e)外的能(neng)量收集(ji)電路(lu)，但它需要(yao)在(zai)某個時(shi)候(hou)更(geng)換電池。
根據理論(lun)計算，大多數(shu)物(wu)聯(lian)網規格預(yu)測電(dian)(dian)池壽命將持續(xu)數(shu)年到20年以上(shang)。然而，這些預(yu)估通常不(bu)會考慮電(dian)(dian)池泄漏(lou)和排水。與工業級(ji)物(wu)聯(lian)網電(dian)(dian)池相比，消費(fei)類紐扣(kou)電(dian)(dian)池的(de)質量和可靠性要(yao)低(di)得(de)多。這就(jiu)解釋了(le)為什么工業級(ji)電(dian)(dian)池的(de)成本要(yao)高出一個數(shu)量級(ji)，同時還顯示出能量收集的(de)吸引(yin)力，這可以縮減對電(dian)(dian)池的(de)需(xu)求，或在設備(bei)的(de)使用壽命內自動為電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)。
“能(neng)量收集技術正(zheng)在(zai)不斷發展，”西(xi)門子數字工業(ye)軟件公(gong)司產品工程總監John Stabenow稱。“隨著對物聯(lian)網需求(qiu)不斷增加，為無電(dian)(dian)池物聯(lian)網解決方案的(de)使用提(ti)供了強勁的(de)驅動力。優勢是顯而易(yi)見的(de)，無需每(mei)隔(ge)幾年(nian)更換數千(qian)塊電(dian)(dian)池，節省的(de)成(cheng)本(ben)很可觀。智能(neng)化(hua)、小型化(hua)、超低(di)功耗(hao)逐漸成(cheng)為物聯(lian)網傳感器發展的(de)主流(liu)方向。通過使用系(xi)統設(she)計(ji)建模和(he)仿真，可以為智能(neng)傳感器的(de)開發提(ti)供最佳功率預(yu)算(suan)和(he)電(dian)(dian)路設(she)計(ji)。因此，可以對能(neng)量收集技術進行微調，以滿足特(te)定(ding)的(de)功率要求(qiu)。”
理想的(de)(de)用(yong)例(li)是為具(ju)有(you)超(chao)低功耗(hao)的(de)(de)設備提(ti)供(gong)高效(xiao)能(neng)(neng)量(liang)收集的(de)(de)組合，以(yi)實現(xian)可(ke)持續的(de)(de)運行。為了正確看待問題(ti)，以(yi)下是各(ge)種來源的(de)(de)可(ke)用(yong)能(neng)(neng)量(liang)和各(ge)種設備的(de)(de)估計能(neng)(neng)量(liang)需求的(de)(de)一些示例(li)：
提高能量轉換效率
太(tai)陽能(neng)(neng)是主(zhu)流的(de)能(neng)(neng)源，但使用(yong)太(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)(chi)板將(jiang)太(tai)陽能(neng)(neng)轉(zhuan)換為電能(neng)(neng)的(de)效率(lv)很低，這就是為什么太(tai)陽能(neng)(neng)電池(chi)(chi)板如(ru)此之大。太(tai)陽光(guang)使用(yong)光(guang)伏(fu)(fu)（PV）半(ban)導體材(cai)料轉(zhuan)換為電能(neng)(neng)。多個光(guang)伏(fu)(fu)電池(chi)(chi)連接在(zai)一起(qi)形(xing)成(cheng)一個模塊或面板。通過使用(yong)最(zui)大功率(lv)點(dian)（MPPT）技術，在(zai)轉(zhuan)換光(guang)伏(fu)(fu)模塊功率(lv)時可實現最(zui)高(gao)效率(lv)。
在(zai)電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)情況下(xia)，MPPT 算法(fa)會比較PV輸出(chu)和電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)，然后設置最(zui)佳充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)。MPPT算法(fa)在(zai)寒冷天氣或電(dian)(dian)池快要放(fang)完電(dian)(dian)時執行最(zui)有效。
“對于能(neng)(neng)量(liang)(liang)收集而言，太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)是(shi)(shi)可再生能(neng)(neng)源之一，”英飛凌科(ke)技首(shou)席應用工程師Kasra Khazraei表示。“太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)系(xi)統(tong)由兩個主要組件組成，太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)板和(he)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)。大多(duo)數(shu)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)板的效(xiao)率都在20%以下，平均在17%至18%左(zuo)右。針對有效(xiao)提升(sheng)效(xiao)率問題，太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)物理學的突破是(shi)(shi)必要的。這就是(shi)(shi)為什(shen)么很多(duo)努力(li)都集中在提高電(dian)力(li)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)的效(xiao)率上，以提高太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)系(xi)統(tong)的整體能(neng)(neng)量(liang)(liang)輸出。”
例(li)如(ru)，ADI公司(si)開發了一(yi)種(zhong)微型封(feng)裝（1.63mm x 1.23mm），用(yong)于(yu)從單(dan)個太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)收(shou)集能(neng)(neng)量。使用(yong)這(zhe)種(zhong)方法，該公司(si)聲稱已(yi)經達到了85%至90%的(de)效率(lv)水平，使太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)板收(shou)集的(de)幾乎所有能(neng)(neng)量都能(neng)(neng)得到充分利用(yong)。
“針對超低功耗應用，例如車載探測器、牲畜跟蹤、智能農場、智慧城市和可穿戴消費設(she)(she)備等，其(qi)能(neng)(neng)量收集器的高(gao)效設(she)(she)計(ji)對低(di)功耗有(you)著極高(gao)的要求(qiu)（在μW范圍內），且在使用PV電(dian)池(chi)(chi)時冷啟動電(dian)壓(ya)低(di)于500mV，使用熱(re)電(dian)發生器（TEG）時低(di)于100mV。整體(ti)來(lai)說，MPPT嵌入式(shi)算法是有(you)幫助的，因為(wei)它可以最大限度地(di)從兩個(ge)來(lai)源中提取能(neng)(neng)量，”意法半導體(ti)技(ji)術營(ying)銷(xiao)組經理Alessandro Nicosia認為(wei)。“此外(wai)，需要一個(ge)強大的PCB設(she)(she)計(ji)來(lai)保(bao)護系統免(mian)受噪聲和環境干擾，這些干擾可能(neng)(neng)導致電(dian)池(chi)(chi)過充電(dian)和過放電(dian)閾值的錯(cuo)誤(wu)觸發，以及(ji)未經保(bao)護的內部電(dian)路待機相位和電(dian)池(chi)(chi)/負載(zai)供電(dian)連續(xu)性。”
RF能(neng)量(liang)收集設計人員也在(zai)尋求高效轉(zhuan)換能(neng)量(liang)的(de)方法(fa)(fa)。這種方法(fa)(fa)廣泛適用于無(wu)電池(chi)消費類(lei)產品和(he)電子設備(bei)無(wu)線(xian)充電等應用。一個潛在(zai)的(de)射頻(pin)能(neng)量(liang)突破性用例是Powercast提供的(de)零售電子貨架標簽（ESL）應用程(cheng)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(chi)寸為(wei)1 x 0.6 x 0.3mm，支(zhi)持10MHz至6GHz的(de)頻率(lv)(lv)，轉換效率(lv)(lv)為(wei)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(she)頻能(neng)量(liang)(liang)源(yuan)的(de)強度各不相同。因(yin)此，用(yong)于將(jiang)RF能(neng)量(liang)(liang)轉(zhuan)換(huan)為直流的(de)芯片要(yao)求高(gao)效，優選在70%至80%的(de)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)內(nei)(nei)。天線(xian)設(she)計對于最大化能(neng)量(liang)(liang)收(shou)集也很重要(yao)，”Powercast首席(xi)技術(shu)官Charles Greene評論道，“此外，根據應用(yong)的(de)不同，設(she)備與能(neng)源(yuan)（如Wi-Fi路由器）的(de)距(ju)離也很重要(yao)，因(yin)為能(neng)量(liang)(liang)功(gong)率與其距(ju)離成反比(bi)。例如，無(wu)線(xian)游戲(xi)控制器的(de)功(gong)率更強，需要(yao)保持在距(ju)離電源(yuan)一英(ying)尺(chi)的(de)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)內(nei)(nei)。鍵盤的(de)耗電量(liang)(liang)較小，并且(qie)可以保持在距(ju)離其源(yuan)頭六英(ying)尺(chi)的(de)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)內(nei)(nei)。物聯網傳感器將(jiang)在10英(ying)尺(chi)內(nei)(nei)正(zheng)常運行。”
降低系統功耗
雖然(ran)能量收集很重要，但(dan)它(ta)不(bu)會(hui)降低(di)(di)低(di)(di)功耗(hao)設(she)計(ji)的(de)價值，尤其是在邊緣應(ying)用中。“這始(shi)終(zhong)是關于以最(zui)低(di)(di)功耗(hao)實現計(ji)算能力最(zui)大化，”瑞(rui)薩電子美(mei)國(guo)公司執(zhi)行副(fu)總裁Saileesh Chittipeddi表示。“新系統(tong)中的(de)功率效率和功耗(hao)概念對人們(men)來說變(bian)得越來越重要。這推動了策略轉變(bian)，特別是在工業領域(yu)。”
能量(liang)收集補充了這種轉變(bian)，簡單的解(jie)(jie)決方(fang)案通(tong)常比復雜(za)的解(jie)(jie)決方(fang)案更具優勢。例如，16位MCU的功耗低于(yu)32位MCU。同(tong)樣，4位MCU比8位MCU功耗更低。合理調整設計大小意味(wei)著(zhu)首(shou)先(xian)要(yao)產生的能量(liang)更少(shao)。
最近，越來(lai)越多的(de)芯片制造商在開發nW范圍內(nei)(nei)工作的(de)超低(di)功(gong)耗(hao)MCU。一(yi)些超低(di)功(gong)耗(hao)MCU可(ke)以在1.8V下工作，在運行模式下每兆赫茲(zi)僅消(xiao)耗(hao)150μA電流(liu)，而休眠模式僅消(xiao)耗(hao)10nA電流(liu)。如果需要保留存(cun)儲器內(nei)(nei)容，則(ze)休眠模式電流(liu)將在2μS喚醒時間內(nei)(nei)增加到50nA。這種趨勢對能(neng)量收集的(de)發展非常鼓舞人心(xin)。
“直到最近，能量收(shou)集(ji)(ji)(ji)系(xi)統設計(ji)人員通(tong)常會(hui)簡單地表征其系(xi)統的功(gong)(gong)率和(he)能量需(xu)求(qiu)，然后選(xuan)擇足夠大(da)的能量收(shou)集(ji)(ji)(ji)器和(he)存儲器來(lai)可(ke)靠地提供此功(gong)(gong)能，”Arm工(gong)程(cheng)師James Myers指出，“這(zhe)很有效，但這(zhe)意味著這(zhe)些系(xi)統通(tong)常可(ke)能很大(da)而且(qie)很昂貴。如(ru)今的方案(an)逐漸將問題的焦點轉(zhuan)向應用(yong)規模或成(cheng)本約束(shu)，這(zhe)流(liu)入了功(gong)(gong)率和(he)能源預算，系(xi)統需(xu)要為(wei)(wei)此進行(xing)設計(ji)。幸(xing)運的是，我們(men)現在(zai)有大(da)量的低(di)(di)功(gong)(gong)耗(hao)組(zu)件可(ke)供使用(yong)，如(ru)果(guo)都不(bu)合適，還可(ke)以構建一個自定(ding)義SoC，該(gai)SoC可(ke)以按照需(xu)求(qiu)進行(xing)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)。超低(di)(di)功(gong)(gong)耗(hao)處理(li)器對這(zhe)個領域特別有用(yong)，因為(wei)(wei)它們(men)允(yun)許(xu)與無線電、執行(xing)器和(he)非易失性(xing)內(nei)存使用(yong)等能源密集(ji)(ji)(ji)型活動進行(xing)智能權衡(heng)。它們(men)甚至(zhi)可(ke)以適應無存儲收(shou)集(ji)(ji)(ji)系(xi)統中的間歇性(xing)電源可(ke)用(yong)性(xing)。”
開放的無線電標準
國際電工委員會(hui)（IEC）發布了一系列標準(zhun)，以(yi)解決與(yu)振動、熱和(he)電磁能(neng)源相關用于能(neng)量收(shou)集和(he)生成的半導體器件(jian)。該標準(zhun)還涉及測試和(he)評估(gu)方(fang)法(fa)(fa)，柔性熱電器件(jian)的測試方(fang)法(fa)(fa)以(yi)及線(xian)性滑動模式(shi)摩擦電能(neng)量收(shou)集。
另外，EnOcean聯盟是一(yi)個擁有500名(ming)成員的非營(ying)利組織，支(zhi)持ISO/IEC 14543-3-10（稱為(wei)ASK并在(zai)歐洲使(shi)用）或14543-3-11（稱為(wei)FSK，在(zai)北美和日本使(shi)用）。它是一(yi)種開放協調(diao)的無(wu)線(xian)電標(biao)準，用于描述無(wu)線(xian)電參數（OSI中的物理層1）。此標(biao)準針(zhen)對(dui)自供電無(wu)線(xian)設備進行了優化。
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(neng)建(jian)筑和智(zhi)能(neng)空間應用的認(ren)證計(ji)劃。
能量收集技術持續創新
能(neng)量收集發展勢(shi)頭正(zheng)持續提升。包括ADI、Atmosic、EnOcean、Metis Microsystems、ONiO、Powercast、瑞薩電子(zi)、意法半(ban)導體和(he)德州(zhou)儀(yi)器在內(nei)的公(gong)司提供越來越多的硅(gui)產(chan)品。通過AI技術，產(chan)品將更(geng)小巧、更(geng)輕(qing)便、更(geng)智能(neng)，甚(shen)至(zhi)功耗(hao)更(geng)低。能(neng)量收集技術正(zheng)在不斷創(chuang)新(xin)中成熟落地，未(wei)來的可能(neng)性只會受到想象力的限制。
“近年(nian)來(lai)，我(wo)們看到很(hen)多為(wei)提高(gao)電力電子系統效(xiao)(xiao)率(lv)對寬帶隙開(kai)關(guan)開(kai)發的(de)(de)投資(zi)，”英飛(fei)凌的(de)(de)Khazraei表示。“正如我(wo)們將在未來(lai)5到10年(nian)內看到的(de)(de)那(nei)樣，采用由氮(dan)化(hua)鎵和(he)碳化(hua)硅(gui)制成(cheng)的(de)(de)高(gao)度先進的(de)(de)寬帶隙開(kai)關(guan)將徹底改變(bian)可(ke)再生能源(yuan)系統。這些開(kai)關(guan)可(ke)實現(xian)非常高(gao)的(de)(de)頻(pin)率(lv)功率(lv)密(mi)度和(he)高(gao)效(xiao)(xiao)設計。電路尺寸顯(xian)著減(jian)小將降低(di)安裝和(he)維(wei)護太陽能系統的(de)(de)成(cheng)本。”
最近，華盛頓大學在(zai)一(yi)段視頻(pin)中(zhong)展示了一(yi)個輕巧、低功耗、蒲公英狀傳感(gan)器漂浮在(zai)空氣中(zhong)，對(dui)溫度和(he)濕度進(jin)(jin)行采樣。根據該校助理教(jiao)授(shou)Vikram Lyer的(de)(de)說(shuo)法，這種微型設備的(de)(de)能(neng)耗從幾微瓦到超過10微瓦不等，具體取(qu)決于采樣率。它(ta)從太(tai)陽收集能(neng)量(liang)，速度為每(mei)秒0.87米(mi)，對(dui)于30mg的(de)(de)設備（傳感(gan)器重1mg），可以(yi)在(zai)微風中(zhong)傳播50至100米(mi)，安(an)全直立著陸(lu)的(de)(de)概(gai)率約為95%。該設備可能(neng)用于監測干燥天氣地區的(de)(de)森(sen)林火災。該校正在(zai)推(tui)進(jin)(jin)更進(jin)(jin)一(yi)步的(de)(de)研究(jiu)，以(yi)擴(kuo)大傳感(gan)器的(de)(de)控制(zhi)和(he)應用。
歐(ou)洲研究(jiu)委(wei)員會（ERC）向德國(guo)開姆尼(ni)茨理工大學提供(gong)了150萬(wan)歐(ou)元的研究(jiu)經費，用于(yu)(yu)開發世界上最小的電(dian)池(chi)(chi)(chi)：智能塵(chen)埃電(dian)池(chi)(chi)(chi)。基于(yu)(yu)過去(qu)的電(dian)池(chi)(chi)(chi)研究(jiu)，該(gai)團隊設定(ding)了一(yi)個目標，即(ji)開發一(yi)種能夠為每(mei)平方厘米提供(gong)100微瓦能量的電(dian)池(chi)(chi)(chi)，用于(yu)(yu)超小型計算機和電(dian)子(zi)應用。當這(zhe)成為現實(shi)時，它可以嵌入到(dao)未來的物聯(lian)網設備(bei)中，這(zhe)些設備(bei)依賴于(yu)(yu)能量收集進行充電(dian)。
“能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)技術將繼續發(fa)展，”EnOcean總(zong)裁(cai)兼聯合創始人Oliver Sczesny表示，“傳統(tong)公司以及初創公司將帶來(lai)新(xin)的想法和創新(xin)。例(li)如，太陽(yang)能(neng)和熱能(neng)收(shou)集(ji)對輕薄、靈活且可(ke)打(da)印的能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)器箔進行(xing)了(le)大(da)量(liang)研(yan)究。特別是針對太陽(yang)能(neng)收(shou)集(ji)，該(gai)器件原型(xing)已經(jing)上市并開始大(da)規模(mo)生產。這些類型(xing)的收(shou)集(ji)器從為小型(xing)傳感器供(gong)電(dian)到更(geng)(geng)大(da)規模(mo)的能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)，提供(gong)了(le)更(geng)(geng)為廣泛(fan)的可(ke)能(neng)性。”
正在開(kai)發的其他技術(shu)概念(nian)，例(li)如(ru)無(wu)(wu)線無(wu)(wu)電池身體傳感器網絡，使(shi)用(yong)近場服裝來監(jian)測穿(chuan)著者的生理狀況，以及(ji)用(yong)于(yu)測量(liang)患者傷害脆弱點的無(wu)(wu)線軟(ruan)傳感器。業界逐(zhu)漸開(kai)始(shi)嘗試(shi)新的方(fang)法，例(li)如(ru)從電路的瞬態能量(liang)中收集，預計研(yan)究機構、創新高科技公司(si)和初(chu)創公司(si)將繼續提出能量(liang)收集的新想法。
“計算系統用1和0表(biao)示(shi)(shi)信息，其(qi)中二進制數(shu)據的(de)(de)信息通常以(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷的(de)(de)形式存在于(yu)(yu)CMOS芯片(pian)中，”Metis Microsystems的(de)(de)創始人兼首席執行官Azeez Bhavnagarwala表(biao)示(shi)(shi)。“‘1’在電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)節(jie)(jie)點(dian)上(shang)表(biao)示(shi)(shi)方法是(shi)，將(jiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷從(cong)芯片(pian)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網移動到節(jie)(jie)點(dian)，將(jiang)其(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢提高(gao)到芯片(pian)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)節(jie)(jie)點(dian)上(shang)的(de)(de)‘0’通過排出其(qi)上(shang)持有(you)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷來(lai)表(biao)示(shi)(shi)，將(jiang)其(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢降低到芯片(pian)的(de)(de)參考地電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位。在這兩(liang)種(zhong)情況下，這些保存數(shu)據的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)節(jie)(jie)點(dian)都可以(yi)作(zuo)為靜電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能量的(de)(de)來(lai)源或接(jie)收器，相當于(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)節(jie)(jie)點(dian)上(shang)的(de)(de)‘硅(gui)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池’。這種(zhong)硅(gui)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池可以(yi)作(zuo)為芯片(pian)內的(de)(de)能量資(zi)源，提供存儲器和算術組件所需的(de)(de)一些功率。”
這是一(yi)個(ge)重要的(de)(de)轉(zhuan)變(bian)。“用(yong)(yong)于基于CMO的(de)(de)靜態(tai)(tai)存(cun)(cun)儲(chu)器的(de)(de)電路(lu)(lu)IP（6T SRAM、8T寄存(cun)(cun)器文件(jian)、CAM和(he)(he)數(shu)(shu)字CIM陣列），已被開發用(yong)(yong)于收(shou)(shou)集瞬(shun)(shun)態(tai)(tai)片上數(shu)(shu)據(ju)(ju)，從而(er)將CMOS組(zu)件(jian)的(de)(de)能(neng)量(liang)延(yan)遲(chi)提高一(yi)個(ge)數(shu)(shu)量(liang)級。”Bhavnagarwala認為。“這種改(gai)進(jin)可以在(zai)不(bu)(bu)(bu)改(gai)變(bian)工作(zuo)電壓或(huo)CMOS工藝的(de)(de)情(qing)況下(xia)進(jin)行。收(shou)(shou)集片上瞬(shun)(shun)態(tai)(tai)數(shu)(shu)據(ju)(ju)也(ye)會(hui)對其他設計指標產生有利影(ying)響，例如在(zai)存(cun)(cun)在(zai)顯著MOS器件(jian)變(bian)化的(de)(de)情(qing)況下(xia)信號開發的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)確定性。與從環境源(yuan)收(shou)(shou)集能(neng)量(liang)的(de)(de)傳統技術不(bu)(bu)(bu)同，數(shu)(shu)據(ju)(ju)收(shou)(shou)集方法和(he)(he)電路(lu)(lu)不(bu)(bu)(bu)必僅限于低功率(lv)密度應用(yong)(yong)，如跟蹤(zong)器或(huo)傳感器網(wang)絡。從邊緣的(de)(de)能(neng)源(yuan)匱乏設備到數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心的(de)(de)加速器和(he)(he)網(wang)絡硬件(jian)，這些(xie)器件(jian)可以為廣(guang)泛的(de)(de)處理(li)器提供動力。
