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物聯網裝置資料壓縮技術 可望大幅降低能耗

作者:本站采編
來源:集微網
日期:2015-11-09 15:13:04
摘要:物聯網(IoT)時代注重半導體低功耗效能,因為許多物聯網裝置需要電池且不見得能經常維護。而物聯網裝置喚醒或開機期間極為耗電,因此,有人針對物聯網常見程式碼代碼映射(Code Shadowing)存儲器架構的嵌入式設計方案,采用資料壓縮技術,發現能省下大筆用電量。
關鍵詞:半導體物聯網

  物聯網(IoT)時代注重半導體低功耗效能,因為許多物聯網裝置需要電池且不見得能經常維護。而物聯網裝置喚醒或開機期間極為耗電,因此,有人針對物聯網常見程式碼代碼映射(Code Shadowing)存儲器架構的嵌入式設計方案,采用資料壓縮技術,發現能省下大筆用電量。

  據Design& Reuse網站報導,物聯網裝置多數時間處于待機狀態,僅需處理資料或執行作業時,才開機或喚醒為使用狀態。

  CAST執行長Nikos Zervas表示,透過即時解壓縮作業或預先壓縮好的韌體(firmware),不但可減輕資料流量,也可在開機或喚醒裝置時,將裝置對長期儲存資料的存取次數降到最低,因此大幅減少該作業階段的用電量和延遲狀況。

  CAST團隊利用市面上的IP核心執行Deflate/GUNZIP實驗,而后發現資料壓縮后可望減少最多50%用電量。此外,如果在系統內搭建合適的解壓縮核心,省下的電力成本可望超過搭建此核心所需付出的額外成本。

  低功耗嵌入式設計系統往往將應用程式編碼儲存在Flash、EPROM或OTP等非揮發性存儲器(NVM)。當這些系統被喚醒、準備執行作業時,有二種方式可召喚應用編碼:芯片內直接執行(eXecute In Place;XIP)或將編碼復制到內建的SRAM,并從該單位執行。

  至于系統使用何種方法召喚編碼,則視NVM取得資料的速度和能量決定。一般而言,NVM比SRAM的處理速度還要慢,且從NVM讀取資料所費的電量,也大于從SRAM上面讀取資料,尤其當資料是隨機取得時更是如此。

  不過,當物聯網裝置多數時間都在休眠模式時,SRAM模式則不見得是最好的選擇,因為大型芯片上SRAM往往有漏電流問題,因此在休眠模式也會繼續耗電,而多數NVM系統卻不會持續吃電。

  因此,許多設計師多半只有在采用的是小型SRAM時,或是在有即時執行需求、無法等待處理緩慢的XIP過程時,才會執行SRAM上的程式碼代碼映射。

  不過,設計師也可以壓縮NVM內的應用程式編碼,提升SRAM選項的優勢。采用此法的話,系統得運用GZIP等無失真壓縮法(lossless compression),而這意味著程式執行以前,編碼就得進行解壓縮。

  儲存壓縮過的編碼后,裝置執行喚醒或開機時就可使用更少NVM,進而節省用電量,然而解壓縮過程也有延遲、耗電的缺點。因此,壓縮法是否成功省電,仍得看壓縮比例以及解壓縮需求而定。

  而CAST團隊發現,采用壓縮法后,總省電量平均達50%,而當系統活躍時,解壓縮核心的用電量不足為道,僅用掉省去電量的百分之一至百萬分之一。壓縮后的應用程式編碼可用更小型的NVM裝置作為長期儲存方案,而系統也花費較少的時間將壓縮后編碼從NVM轉至SRAM上面。

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