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  全球數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)耗電量高達數(shù)百太瓦時(TWH)，占全球總用電量的1-2%。移動數(shù)據(jù)傳輸需求不斷飆升，全球各地數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)所消耗的能源也隨之增加。因此，移動網(wǎng)絡(luò)的性能需要優(yōu)化，吞吐量要求也需要降低。

  我們往往會忽略與數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊?/span>(云端)位置相關(guān)的“隱藏”成本及數(shù)據(jù)存儲成本。為了降低能耗，我們可以考慮在本地處理數(shù)據(jù)，而不是通過云網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)存儲和/或通信。這樣就可以在不同的物理位置處理數(shù)據(jù)，無論是邊緣(傳感器)、云端，還是中間的各個位置?；颈镜財?shù)據(jù)之間、之外，還將進行多個過程吸收來自物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、本地數(shù)據(jù)中心、小區(qū)站點等來源的數(shù)據(jù)。

圖1：2018-2028年全球月移動數(shù)據(jù)流量

圖1展示了數(shù)據(jù)傳輸(消耗的電力占全球總耗電量的1-2%)在未來幾年的上升。這意味著，除非用電量大幅降低，通信和計算將占據(jù)全球用電量的更大份額。這就為增加數(shù)據(jù)本地化處理提供了動力。將數(shù)據(jù)處理分散到其他地點，可以優(yōu)化能源的總體使用——更多的系統(tǒng)采用“邊緣處理”模式。邊緣處理可帶來更多的好處，如增強隱私和數(shù)據(jù)保護，但如何才能實現(xiàn)呢?

  節(jié)約能源還有更多意義。邊緣處理是正確的方向，但仍然需要從眾多部署方案中做出選擇。應(yīng)用映射愈發(fā)復(fù)雜，卻也帶來了更多的樂趣。幾十年前，嵌入式微控制器和處理器都由帶有相應(yīng)I/O的單一CPU構(gòu)成。在這種環(huán)境下，算法在哪里運行一目了然：它們都在同一個CPU上執(zhí)行。

  如今情況已大不相同：現(xiàn)代化嵌入式處理器(如恩智浦i.MX產(chǎn)品系列)既有CPU，也有圖形處理單元(GPU)、神經(jīng)處理單元(NPU)、信號處理單元(DSP)及各種硬件加速器。將應(yīng)用映射到可用的芯片上成為了有趣的挑戰(zhàn)。是想在CPU、GPU、NPU、DSP上運行算法還是想在加速器上運行算法?請注意系統(tǒng)的軟件復(fù)雜性是如何增加的。

  能耗優(yōu)化是設(shè)計和制造邊緣處理器件時需要考慮的另一個方面。這就需要平衡動態(tài)能耗。動態(tài)能耗會受到多種因素的影響，例如CPU頻率、工作負載、其他加速器的使用情況、外部存儲器的數(shù)據(jù)流量、系統(tǒng)組件的使用狀態(tài)(如顯示器和背光)、Wi-Fi等連接方式以及環(huán)境溫度等。靜態(tài)能耗是指芯片中通電而不受門控控制的部分，也就是處理單元執(zhí)行的操作。

  探索如何在SoC設(shè)計中進一步降低能耗至關(guān)重要。在邊緣降低能耗意味著需要優(yōu)化在邊緣使用的芯片的能耗。該圖展示了隨著時間的推移，為降低能耗在芯片和系統(tǒng)方面開發(fā)的各種機制。

圖2：SoC設(shè)計中降低能耗的機會，從晶體管到系統(tǒng)層面

系統(tǒng)和芯片設(shè)計中的能耗優(yōu)化

  在實踐中，優(yōu)化能耗是打造卓越系統(tǒng)和芯片設(shè)計工作流程的重要一環(huán)。恩智浦除了高能效i.MX 7ULP和i.MX 8ULP等獨特SoC外，還在使用場景中優(yōu)化芯片的不同電源模式。我們的能效應(yīng)用筆記詳細介紹了各種能效方法，這些方法可以通過我們的BSP SW(廣泛的支持包軟件)來實現(xiàn)，應(yīng)用筆記還可向客戶提供有用的部署指導(dǎo)。

此外，我們重點關(guān)注如何通過共同設(shè)計PMIC在系統(tǒng)級別盡可能簡化設(shè)備的整體電源管理。我們還采用低能耗DRAM(LP4、LP4X、LP5)，降低系統(tǒng)級能耗(較低的工作電壓和待機時自刷新模式等)。

  部署和生命周期中的節(jié)能策略

  人們非常關(guān)注設(shè)備和系統(tǒng)的優(yōu)化，包括設(shè)備架構(gòu)、設(shè)計、制造和系統(tǒng)開發(fā)，以及產(chǎn)品的開發(fā)。但目前許多產(chǎn)品在市場上的使用壽命比較短。消費者每隔幾年就要進行一次升級，使用新的硬件。這造成了浪費，但也是改進的機會。

  除了使用硬件設(shè)備外，消費者還可以利用設(shè)備日益增強的軟件能力來最大限度地延長其使用壽命。隨著時間的推移，升級軟件可以提供更多功能，從而延長產(chǎn)品的使用壽命。要支持這一概念，就需要滿足安全要求的龐大生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)備只需加載必要軟件。恩智浦在這方面也進行了大量的開發(fā)工作。