Eletrônica

Microcontrolador spintrônico quase não gasta energia

Microcontrolador spintrônico para internet das coisas
Foto do microcontrolador spintrônico, fabricado em wafer de silício de 300 mm. [Imagem: IEEE]

Microcontrolador spintrônico

Engenheiros da Universidade de Tohoku, no Japão, apresentaram um microcontrolador - um pequeno processador - baseado na emergente tecnologia da spintrônica, mas fabricado inteiramente com a tecnologia padrão da indústria eletrônica.

Como longamente prometido pela spintrônica - os circuitos funcionam com base no spin de elétrons individuais, e não em enxurradas de elétrons, como na eletrônica - o pequeno processador é não-volátil, não perdendo dados na ausência de energia, tem elevado desempenho e consome uma quantidade quase desprezível de energia.

O microprocessador spintrônico foi fabricado utilizando a tecnologia VLSI (Very Large Scale Integration). Essa "Integração de Escala Muito Grande" é o processo de fabricação atual dos circuitos integrados, combinando milhões de transistores e outros componentes em um único chip.

Microcontrolador para internet das coisas

O novo microcontrolador nasce talhado para a internet das coisas. Nesse conceito, sensores compõem uma rede distribuída que coleta e reúne informações, que devem ser processadas por microcontroladores e transmitidas para um servidor na nuvem.

Vários microcontroladores de baixa potência têm sido ativamente pesquisados e desenvolvidos, mas a velocidade de operação necessária e o processamento de sinais, combinados com baixo consumo de energia, não foram alcançados até o momento.

Neste recém-desenvolvido microprocessador spintrônico, todos os módulos são não-voláteis, com o consumo de energia desnecessário sendo totalmente eliminado pelo controle da fonte de alimentação para cada módulo de forma independente.

Além disso, o gargalo de transferência de dados entre lógica e memória é atenuado por um controlador de memória e um módulo acelerador para executar o processamento de sinal específico do aplicativo.

Microcontrolador spintrônico para internet das coisas
Comparação do desempenho do microcontrolador spintrônico com todos os seus antecessores. No eixo vertical está o consumo de energia e no horizontal a velocidade de clock. [Imagem: Tohoku University]

Colheita de energia

Juntos, todos os avanços permitiram que o microprocessador funcione consumindo 47,14 microWatts em uma frequência de operação de 200MHz.

Este é de longe o mais alto desempenho de processamento e eficiência energética já obtido para nós de sensores da internet das coisas, permitindo que os módulos funcionem com colheita de energia - energia solar, térmica, eólica, vibracional etc -, dispensando totalmente as baterias.

Bibliografia:

An FPGA-Accelerated Fully Nonvolatile Microcontroller Unit for Sensor-Node Applications in 40nm CMOS/MTJ-Hybrid Technology Achieving 47.14µW Operation at 200MHz
Masanori Natsui, Daisuke Suzuki, Akira Tamakoshi, Toshinari Watanabe, Hiroaki Honjo, Hiroki Koike, Takashi Nasuno, Yitao Ma, Takaho Tanigawa, Yasuo Noguchi, Mitsuo Yasuhira, Hideo Sato, Shoji Ikeda, Hideo Ohno, Tetsuo Endoh, Takahiro Hanyu
Proceedings of the IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC2019)




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