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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的存算一体芯片在边缘AIoT中的系统级功耗优化.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的存算一体芯片在边缘AIoT中的系统级功耗优化
摘要
边缘AIoT设备需要在极低的功耗预算（通常<10mW）下实现AI推理功能，对芯片的能效比提出了极高要求。本文针对边缘AIoT的系统级功耗优化需求，设计了一种面向存算一体芯片的功耗管理方案，包括芯片级的多电压域设计、系统级的任务调度优化和算法级的模型压缩。通过三级协同优化，将存算一体芯片在语音唤醒任务中的平均功耗降低至0.1mW，在图像分类任务中的平均功耗降低至5mW，为边缘AIoT设备的超低功耗AI推理提供了系统级解决方案。
一、边缘AIoT的功耗约束
1.1 电池供电
边缘AIoT设备通常由电池或能量采集供电，功耗预算为1-10mW。芯片的待机功耗需要低于1μW，平均功耗需要低于10mW。
1.2 间歇性工作
边缘AIoT设备通常采用间歇性工作模式，大部分时间处于待机状态，仅在检测到事件时触发AI推理。待机功耗和唤醒功耗的优化同等重要。
二、系统级功耗优化方案
2.1 芯片级多电压域
在存算一体芯片中设置三个电压域：存算阵列电压域（0.6-1.0V）、逻辑电路电压域（0.7-1.0V）和I/O电压域（1.8V）。在待机时，存算阵列电压域降至0.6V（数据保持电压），逻辑电路电压域关闭。
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