低功耗集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域傳來振奮人心的消息。隨著半導(dǎo)體工藝不斷向更小節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)，功耗問題已成為制約高性能芯片發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸之一。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)在多條技術(shù)路線上取得了一系列突破性進(jìn)展，為實(shí)現(xiàn)更高效能、更長續(xù)航的下一代電子設(shè)備奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)集成電路的功耗主要由動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗兩部分構(gòu)成。在動(dòng)態(tài)功耗方面，研究人員通過創(chuàng)新性的電路架構(gòu)設(shè)計(jì)，如采用異步電路、近閾值電壓計(jì)算以及動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)（DVFS）等技術(shù)，顯著降低了晶體管在開關(guān)過程中產(chǎn)生的能耗。其中，一種基于事件驅(qū)動(dòng)型的異步邏輯設(shè)計(jì)，能夠僅在需要時(shí)激活相應(yīng)電路模塊，避免了全局時(shí)鐘信號(hào)帶來的冗余功耗，在特定應(yīng)用場景下實(shí)現(xiàn)了能效的成倍提升。

在靜態(tài)功耗，即漏電流功耗的管理上，進(jìn)展同樣顯著。隨著晶體管尺寸微縮，漏電流問題日益突出。新型高K金屬柵極技術(shù)、鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）乃至更先進(jìn)的環(huán)柵晶體管（GAA）結(jié)構(gòu)，從物理層面有效抑制了漏電流。在電路設(shè)計(jì)層面，多閾值電壓技術(shù)、電源門控以及體偏置技術(shù)的智能運(yùn)用，使得芯片能夠在高性能模式和超低功耗待機(jī)模式之間靈活切換，大幅延長了物聯(lián)網(wǎng)傳感器、可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品的電池壽命。

系統(tǒng)級(jí)與算法層面的協(xié)同優(yōu)化是另一大亮點(diǎn)。研究者們不再局限于單個(gè)晶體管或邏輯門的功耗優(yōu)化，而是將芯片視為一個(gè)整體系統(tǒng)。通過硬件與軟件的深度融合，例如設(shè)計(jì)專用的低功耗人工智能加速器、采用稀疏計(jì)算來避免不必要的操作，以及開發(fā)能感知任務(wù)負(fù)載并動(dòng)態(tài)調(diào)整資源配置的智能管理單元，從系統(tǒng)頂層實(shí)現(xiàn)了功耗的精細(xì)化管控。

這些研究成果正逐步從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。在移動(dòng)通信、邊緣計(jì)算、生物醫(yī)療植入設(shè)備和無處不在的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等領(lǐng)域，低功耗芯片已成為剛性需求。本次取得的進(jìn)展，不僅意味著未來我們的手機(jī)、智能手表一次充電可以使用更久，更預(yù)示著那些部署在偏遠(yuǎn)地區(qū)或人體內(nèi)部的設(shè)備，其維護(hù)周期將被極大延長，可靠性得到質(zhì)的飛躍。

盡管挑戰(zhàn)依然存在，例如在極低電壓下電路穩(wěn)定性的保障、先進(jìn)工藝帶來的設(shè)計(jì)復(fù)雜性激增等，但此次多方面的研究進(jìn)展無疑為整個(gè)行業(yè)注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。低功耗集成電路設(shè)計(jì)，正朝著更高能效、更智能化的方向穩(wěn)步前行，悄然推動(dòng)著一場靜悄悄的綠色計(jì)算革命。