背景

微控制單元（MCU），又稱單片微型計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)。簡(jiǎn)單說(shuō)，微控制單元就是在單個(gè)芯片上，集成計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，例如處理器、存儲(chǔ)器、多種I/O接口，形成芯片級(jí)別的計(jì)算機(jī)。

單個(gè)芯片上集成的功能與組件，可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行裁剪。如今，我們身邊隨處可見(jiàn)微控制單元的身影，例如手機(jī)、工業(yè)設(shè)備、機(jī)器人、汽車電子等。隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）蓬勃發(fā)展，微控制單元也成為了許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵元件。

可是，許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)于供電的要求都非常嚴(yán)格，例如分布在橋梁或隧道中檢測(cè)位移形變的傳感器節(jié)點(diǎn)，它們的數(shù)量非常龐大，只能依靠電池供電，要求電池具有很長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。因此，為了適應(yīng)這些傳感器節(jié)點(diǎn)，微控制單元就需要具備低功耗、高性能。傳感器節(jié)點(diǎn)提取和采集的信息，需要經(jīng)過(guò)微控制單元處理之后，再傳輸至基于云的數(shù)據(jù)中心。

世界各國(guó)的科學(xué)家們一直都在積極為傳感器節(jié)點(diǎn)研發(fā)各種低功耗的微控制單元。可是，迄今為止，他們所期望的運(yùn)行速度、信號(hào)處理吞吐量以及低功耗，一直都沒(méi)有得到很好的實(shí)現(xiàn)。

創(chuàng)新

近日，日本東北大學(xué)的研究人員們宣布，他們開(kāi)發(fā)出一種非易失性的微控制單元，這種微控制單元利用基于自旋電子學(xué)的超大規(guī)模集成電路（VLSI）設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高性能和超低功耗。

該研究團(tuán)隊(duì)由TetsuoEndoh教授、TakahiroHanyu教授、MasanoriNatsui副教授領(lǐng)導(dǎo)。

技術(shù)

在新開(kāi)發(fā)的基于自旋電子學(xué)的微控制單元中，所有的模塊都是采用自旋電子學(xué)設(shè)備制作，具有非易失性。此外，獨(dú)立控制每個(gè)模塊供電的方式完全避免了功耗的浪費(fèi)。

此外，一個(gè)可加速整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)控制器，緩解了邏輯器件與存儲(chǔ)器件之間的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問(wèn)題。一個(gè)可重新配置的加速器模塊加入進(jìn)來(lái)，用于執(zhí)行應(yīng)用程序特定的信號(hào)處理任務(wù)。這些變化使得微控制單元，在200MHz的高速運(yùn)行頻率下，實(shí)現(xiàn)了47.14μW的超低功耗。制造成的芯片的測(cè)量結(jié)果確認(rèn)了這一成果。

價(jià)值

對(duì)于通過(guò)采集能量供電（從外部能量源例如太陽(yáng)能和熱能獲取能量）的高功能物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這個(gè)微控制單元芯片提供了世界上最高的處理性能和能量效率。