Linköpingsforskare spar ström i bärbart

Klockan som synkroniserar dagens supersnabba mikroprocessorer drar allt mer energi. Med teknik utvecklad på Linköpings Universitet kan effektförbrukningen hos klockan minska med upp till 60 procent. Hur detta görs i praktiken, samt hur strömläckage i transistorer kan minskas, är ämnet för en doktorsavhandling av forskaren Martin Hansson.

Digitala kretsar synkroniseras normalt med en eller flera klocksignaler, som distribueras över hela chipet. I dagens snabba mikroprocessorer går mellan 25 och 40 procent av effektförbrukningen åt att driva klockningen. För att minska effektförbrukningen krävs det att man utvecklar nya kretstekniker som dels minskar belastningen i distributionsnätet, dels distribuerar signalerna mer effektivt.

På Linköpings universitet har ett forskarteam utvecklat en teknik som innebär att energin i klocklasten, som i princip är en stor kapacitans, tas till vara och mellanlagras i en induktans då klockan inte arbetar. I konventionella system leds energin till jord och går till spillo.

– Vår idé är att minska förlusten i kretsen genom att skapa en svängning som flyttar energin mellan en kondensator och en induktans, säger Martin Hansson, som är doktorand vid avdelningen för elektroniska komponenter på Linköpings universitet.

Den svenska forskargruppen är en av fyra, fem i världen som jobbar med klockningsteknik av detta slag. Linköpingsteamet har tillverkat ett experimentchips kring 1,6 GHz som bygger på den nämnda klockningstekniken och vars strömförbrukning i klockningssystemet kunnat minskas med hela 60 procent jämfört med konventionella system. Det betyder att kretsens totala effektförbrukning minskat med 15 procent.

Ytterligare ett problem som Martin Hansson koncentrerat sig på i sitt forskningsarbete är de läckströmmar som uppstår i transistorerna då de görs allt mindre och klockas allt snabbare.

– Vi vill uppnå bättre batteritid och minska behovet av att kyla kretsarna, aspekter som är viktiga vid design av mikroprocessorer, säger Martin Hansson.

Sex månader av sin doktorandtid har Martin Hansson tillbringat vid Intels forskningslaboratorium i Hillsboro, USA. I sin avhandling – Low-power clocking and circuit techniques for leakage and process variation compensation – presenterar han ett antal kretstekniker med syfte att kompensera för det ökade läckaget i de allt mindre transistorerna.

Avhandlingen äger rum fredag 29 augusti kl 10.15 i sal Visionen, hus B, Linköpings universitet Campus Valla.