Egy rendkívül alacsony energiaigényű mikroprocesszort fejlesztettek ki a Michigan Egyetemen, ami sleep módban a jelenlegi processzoroknál harmincezerszer kevesebb energiát igényel, de aktív módban is tízszer kevesebbet fogyaszt.

A csúcsdöntő Phoenix processzort a megszerzett adottságai és korlátai miatt a szenzorokon alapuló eszközök területén szándékoznak bevetni, gyógyászati implantátumokban, környezeti megfigyelő- vagy felügyeleti rendszerekben. A chip mindössze 30 pikowattot fogyaszt alvási üzemmódban, ezzel elméletileg a Phoenix képes lenne egy órákban alkalmazott gombelemmel 263 évig üzemelni, különösen, hogy a szenzorok processzorai életük 99 százalékát töltik sleep módban.

A processzort június 20-án mutatja be Scott Hanson, az egyetem villamosmérnöki és számítógép tudományi karának doktoráló hallgatója egy szimpózium keretében. Hanson egy egyetemista társával, Mingoo Seokkal közösen jegyzi a projektet.

A Phoenix egy négyzetmilliméter, méretre tehát semmi különös nincs benne, a modern elektronikák chipjei jellemzően ekkorák, vagy ennél kisebbek, a Phoenix azonban ugyanakkora, mint hártyavékony akkuja, ami nagy előrelépést jelent. A legtöbb esetben az akkuk sokkal nagyobbak, mint az ellátandó processzorok, jelentősen növelve a teljes rendszer méretét és költségeit, mondta David Blaauw professzor, a két kutató tanára. Egy laptop számítógép akkuja például a processzor ötezerszerese és csupán néhány órányi működést biztosít.

Dennis Sylvester

"Az alacsony fogyasztás lehetővé teszi az akku méretének és ezáltal a teljes rendszer méretének lecsökkentését. A mi rendszerünk az akkut is beleértve ezerszer kisebb mint a jelenleg forgalomban lévő legkisebb érzékelő rendszer" - mondta Blaauw, hozzátéve, hogy az új paraméterek rengeteg új alkalmazás előtt nyithatnak utat. A Michigan Egyetem egy másik kutatócsoportja már dolgozik a Phoenix egy biomedikai szenzorba ágyazásán, ami glaukóma betegek esetében kíséri figyelemmel a szem nyomását. A mérnökök elképzelése szerint ilyen chipekből egy egész, szinte láthatatlan szenzorhálózat építhető ki, amivel megfigyelhető a víz vagy levegő különböző változásait, vagy akár mozgást is észlelhetnek. Betonba keverhetők, ahol lemérhetik az új épületek vagy hidak szerkezeti integritását, de akár egy nagy teljesítményű pacemaker ellátását is lehetővé teheti, amivel még részletesebb méréseket végezhetnek a beteg egészségi állapotáról, taglalták a kutatók.

A rendkívüli energiafogyasztás eléréséhez a Phoenix mérnökei a sleep módra koncentráltak, melyben a szenzorok életük 99%-át töltik. A szenzorok csak igen rövid, szabályos időszakokra kapcsolnak aktív módba, hogy elvégezzék számítási feladataikat. "A szenzoroknál az alvási mód dominál, ezért a processzor kialakításánál ennek a lehető leghatékonyabbá tétele volt az elsődleges cél" - mondta Dennis Sylvester, a villamosmérnöki és számítógép tudományi kar társprofesszora. A rendszer alapértelmezett üzemmódja a alvás. Egy kis fogyasztású időzítő tízpercenként egytized másodpercre felébreszti a Phoenixet, ami alatt 2000 utasítást futtat le a processzor, melyben a szenzor új adatokat keres, feldolgozza, összetömöríti és eltárolja mielőtt újra álomba merül.

Az időzítő nem atomóra. "A 10 perc plusz-mínusz néhány tized eltéréssel teljesül. Azoknál az alkalmazásoknál, amihez a processzort terveztük, ez megfelelő. Egy szenzorban nincs szükség abszolút pontosságra, feláldozzuk az energiatakarékosság oltárán" - mondta Hansen.

A sleep stratégiában nagy szerepet játszik egy egyedi energiakapu kialakítás. Az energiakapuk blokkolják az elektromos áramot a chip azon részei elől, amik nem létfontosságúak a memória számára alvás közben. A legtöbb modern chip esetében az energiakapuk szélesek, alacsony ellenállással, áteresztve a lehető legtöbb elektromos áramot az eszköz bekapcsolásakor. Ez gyors ébredést eredményez, viszont ehhez alvási módban is jelentős energiamennyiségnek kell keresztülhaladnia a kapukon. A Phoenix mérnökei sokkal keskenyebb kapukat használnak, lekorlátozva az áram folyását. Ez a stratégia egy régebbi processzortechnika alkalmazásával karöltve visszaszorítja az energia elszivárgását.

"Egy ilyen kis méretű energiakapu ismeretlen a hagyományos processzoroknál, mivel súlyos korlátokat szab a teljesítményre" - mondta Seok. A teljesítményvesztés ellensúlyozására a michiganiek megnövelték a processzor működési feszültségét, körülbelül 20 százalékkal emelve a alapenergia-szintjét, a Phoenix azonban még így is csak 0,5 Volton üzemel, szemben az átlagos chipek 1-1,2 Voltjával.