實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)在線應(yīng)用的功耗最小化

1、實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)在線應(yīng)用的功耗最小化早晨6:30，智能手機(jī)的鬧鐘及時(shí)響起，提示您該起床了。在開頭工作前，只需發(fā)出語音指令，手機(jī)即會(huì)為您讀出全天的會(huì)議和預(yù)約支配，同時(shí)啟動(dòng)咖啡機(jī)，為您預(yù)備香氣四溢的咖啡。收到生日提示后，您說“打電話給媽媽”，電話就會(huì)自動(dòng)撥出，祝媽媽生日歡樂。一切就是這么容易，一早的例行公事完成得井然有序，而這個(gè)過程中，您徹低無需觸碰手機(jī)！手機(jī)隨時(shí)隨地都在獵取您的語音指令，處理信息。無論是天天清晨的例行公事，還是其他點(diǎn)點(diǎn)滴滴，永久在線（always-on）蘊(yùn)含的無限潛力都能助您一臂之力，讓生活越發(fā)容易方便。移動(dòng)系統(tǒng)、可穿戴設(shè)備和許多其他（iot）應(yīng)用都需要這項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)中的一些計(jì)算資源永久在

2、線，隨時(shí)處理音頻、視頻或其他數(shù)據(jù)。為了進(jìn)一步增加電池供電設(shè)備的可用性，特地用于always-on任務(wù)的計(jì)算資源應(yīng)經(jīng)過特地優(yōu)化；而系統(tǒng)中的其他資源則可保持休眠，直到真正需要時(shí)再被喚醒。毋庸置疑，新一代產(chǎn)品正在重新詮釋我們對(duì)人機(jī)界面的理解，對(duì)照短短5年前，現(xiàn)在的用戶體驗(yàn)已經(jīng)變得越發(fā)豐盛多彩，引人入勝。但這也給設(shè)計(jì)師帶來了全新的挑戰(zhàn)：如何在繼續(xù)為客戶營造愉悅體驗(yàn)的前提下，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)速度、成本和功耗之間的平衡？本文中，我們將就此問題舉行探討，并介紹如何采納“認(rèn)知分層”的辦法搭建always-on架構(gòu)，協(xié)助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最佳平衡。設(shè)計(jì)高效節(jié)能的always-on架構(gòu)針對(duì)特定的iot應(yīng)用，片上系統(tǒng)（）

3、由多種模擬器件（例如、低噪聲（rx）、單元和集成）及數(shù)字器件（例如處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、片上存儲(chǔ)器、數(shù)字基帶硬件組塊和豐盛的傳感器i/o）構(gòu)成。包括麥克風(fēng)、攝像頭、加速計(jì)、溫度計(jì)和壓力計(jì)等在內(nèi)的傳感器是智能、互聯(lián)，always-on設(shè)備的核心。傳感器對(duì)收集到的數(shù)據(jù)舉行數(shù)字化處理，并將數(shù)字化信息發(fā)送到soc舉行分析和解讀。always-on架構(gòu)的開發(fā)可同時(shí)采納多項(xiàng)技術(shù)，降低iot應(yīng)用的功耗：功耗、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)門控傳感器融合算法，用于確定設(shè)備上下文，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功耗的智能管理針對(duì)開銷巨大的函數(shù)舉行優(yōu)化，例如：從命令集層面削減時(shí)鐘周期開銷數(shù)（cycle）從而降低對(duì)頻率的需求（mhz）在互聯(lián)級(jí)

4、架設(shè)通用片上旁路通過存儲(chǔ)分區(qū)使流量局部化針對(duì)語音算法、加密等同類應(yīng)用，加快通信標(biāo)準(zhǔn)和性能除上述技術(shù)外，認(rèn)知分層尤其是實(shí)現(xiàn)最佳功耗/性能平衡的抱負(fù)計(jì)劃。下面，我們將舉行更具體的論述。認(rèn)知分層：主處理器任務(wù)負(fù)載卸載認(rèn)知分層將任務(wù)劃分成若干層或狀態(tài)，分離用法經(jīng)過特地優(yōu)化的引擎處理。通過將一些任務(wù)轉(zhuǎn)移到經(jīng)過特地優(yōu)化的低功耗always-on處理器，認(rèn)知分層即可實(shí)現(xiàn)主處理器任務(wù)分流。圖1描述了語音觸發(fā)應(yīng)用，每層的處理能力恰好足夠支持系統(tǒng)此刻所需的響應(yīng)速度，且不會(huì)鋪張資源。采納此辦法，延遲、功耗和吞吐量性能都會(huì)得到提升。圖1：認(rèn)知分層可以最大限度地降低功耗圖1中最靠下的環(huán)節(jié)是低功耗噪聲檢測(cè)，耗能僅為毫微瓦

5、級(jí)。從檢測(cè)觸發(fā)指令到識(shí)別短語，以及當(dāng)前應(yīng)用上下文環(huán)境下的解讀，噪聲檢測(cè)會(huì)沿處理鏈向上觸發(fā)一系列系統(tǒng)動(dòng)作。這一系列動(dòng)作中，后一個(gè)動(dòng)作的功耗總是略高于前一個(gè)動(dòng)作。用法云服務(wù)處理完整對(duì)話需要拜訪遠(yuǎn)程服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫，并舉行交互，因此能耗最高，可以達(dá)到數(shù)瓦。在較低層，按照特定的計(jì)算和接口要求特地設(shè)計(jì)并優(yōu)化過的處理引擎，將取代低效率的通用處理器。相比通用處理器，經(jīng)過特地優(yōu)化的處理器在always-on系統(tǒng)中的性能更高，響應(yīng)延遲更短，功耗更低。通過盡可能關(guān)閉不須要的系統(tǒng)，認(rèn)知分層使計(jì)算層與數(shù)據(jù)來源越發(fā)臨近，系統(tǒng)可以調(diào)用最少的活動(dòng)資源完成當(dāng)前任務(wù)。認(rèn)知分層可以優(yōu)化性能和功耗，適用于從慣性導(dǎo)航到計(jì)算機(jī)視覺，再到

6、本地?zé)o線通信等多種iot應(yīng)用領(lǐng)域。優(yōu)秀always-on處理器的要素iot應(yīng)用豐盛多彩，對(duì)處理能力的要求也因應(yīng)用而異，“一刀切”的作法對(duì)always-on處理器并不適用?；谏鲜鰧?duì)認(rèn)知分層的闡釋，小型、低功耗、高度專業(yè)化的處理器可以擔(dān)當(dāng)對(duì)認(rèn)知功能要求較低的工作，削減占用主處理器資源，降低功耗。例如，經(jīng)過低功耗語音觸發(fā)優(yōu)化的數(shù)字信號(hào)處理器（）不會(huì)處理高耗能的音頻編解碼工作，而是將之移交專為該用途設(shè)計(jì)的dsp；與之類似，經(jīng)過音頻編解碼優(yōu)化的dsp，也會(huì)將用戶和網(wǎng)絡(luò)交互的任務(wù)移交給其他為該用途設(shè)計(jì)的應(yīng)用處理器。圖2：低功耗處理器為日趨復(fù)雜的信號(hào)處理保駕護(hù)航盡管主應(yīng)用處理器“可以”運(yùn)行全部算法，但用法

7、經(jīng)過特地優(yōu)化的處理器能讓設(shè)計(jì)越發(fā)節(jié)能。在上述的語音觸發(fā)示例中，指定用法低功耗always-on dsp運(yùn)行語音觸發(fā)器固然也可以將之用于執(zhí)行其他低功耗要求的任務(wù)，例如傳感器數(shù)據(jù)處理和低辨別率圖像處理。2所示，可穿戴設(shè)備等iot應(yīng)用需要具備超低功耗下處理復(fù)雜信號(hào)的能力。支持always-on應(yīng)用的處理器需要具備以下要素：針對(duì)關(guān)鍵算法的低命令執(zhí)行周期，高效的命令集執(zhí)行dsp處理和控制任務(wù)的能力低功耗設(shè)計(jì)尺寸小，抱負(fù)狀況下可以按需配置，并可以去除冗余的規(guī)律設(shè)計(jì)按所需的功能范圍擴(kuò)展性能用于傳感器數(shù)據(jù)處理的高效浮點(diǎn)運(yùn)算面對(duì)iot、可穿戴設(shè)備和無線應(yīng)用的靈便dsp公司的tensilica fusion ds

8、p就屬于單一可擴(kuò)展dsp，可以滿足低功耗及always-on功能的各項(xiàng)需求。cadence tensilica fusion dsp用法可挑選的命令集架構(gòu)（isa）擴(kuò)展，加快多種無線協(xié)議和浮點(diǎn)運(yùn)算的速度；并將增加型32位xtensa控制處理器與dsp功能及靈便的特定算法加速相結(jié)合。作為iot設(shè)備設(shè)計(jì)師，您可以按需挑選共性化的配置，對(duì)照配置單一的“一刀切”處理器，tensilica fusion dsp的尺寸更小，性能更高，功耗也更低。圖3：cadence tensilica fusion dsp基于xtensa處理器，由多項(xiàng)可配置元件構(gòu)成，適用于低功耗always-on系統(tǒng)。tensilica

9、 fusion dsp（圖3）的可配置元件包括：單精度浮點(diǎn)單元浮點(diǎn)命令與64位數(shù)據(jù)讀取/寫回同時(shí)放射。這對(duì)用法matlab或標(biāo)準(zhǔn)c代碼創(chuàng)建算法的軟件來說，開發(fā)速度可以得到加快。音頻/語音（avs）與tensilicahifi dsp分享軟件兼容性，由140余個(gè)hifi音頻/語音軟件包構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)為其提供支持。16位quad mac進(jìn)一步加速低功耗及wi-fi等通信標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)配有語音編/識(shí)別算法。為低功耗藍(lán)牙和wi-fi aes-128無線操作實(shí)現(xiàn)的加密提速先進(jìn)的位處理加快基帶mac和phy的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)適用于高速緩存和/或不同容量的本地內(nèi)存的、靈便的內(nèi)存架構(gòu)總結(jié)always-on技術(shù)在生活中的運(yùn)用越來越廣泛。設(shè)計(jì)出勝利的always-on產(chǎn)品彌漫挑戰(zhàn)，特殊是如何找到響應(yīng)速度、成本和功