Provex av CPU på läckströmmar

Ambiq Micros första styrkretsar med den revolutionerande CMOS-logiken som arbetar under 0,5 volt finns nu i provexemplar. I Ambiqs mätningar har de en femtondel av viloströmförbrukningen hos Atmel SAM4L och 3–5 gånger lägre aktiv ström.

Skillnaderna mot den etablerade konkurrenten är som synes dramatisk. Ambiq jämför sig även med STMicro STM32F401 som ligger ännu mer i lä.

Ambiq ger dig därmed mycket längre batteritid. Eller utökar funktionaliteten på din befintliga energibudget. Elektroniska accessoarer är en uppenbar nisch – där kan batteriet ofta avgöra produktens formfaktor.

APOLLO ÄR familjenamnet på kretsarna. De drar 30 µA/MHz när de exekverar program från flashminne och drar i genomsnitt 100 nA i viloläge. Klockfrekvensen går upp till 24 MHz.

RAM och Flash är på upp till 64 kbyte respektive 512 kbyte.

Gränssnitten är I2C/SPI och UART. På kretsarna finns dessutom en tiobitars trettonkanalig AD-omvandlare på 1 MS/s ADC och en temperatursenosr med en noggrannhet på ±2 ºC.

Apollo finns i en 4,5 x 4,5mm BGA med 64 ben och 50 GPIO, och i en 2,4 x 2,77 mm CSP med 42 ben och 27 GPIO.

Volymproduktion ska inledas i vår. Priserna börjar på 1,50 dollar.

Företaget driver sin logik under tröskelspänningen – på läckströmmar. Normal CMOS-logik kliar sig i huvudet – ur deras perspektiv är transistorerna alltid en logisk nolla.

Visserligen upptäcktes tekniken redan på 60-talet, berättar Texasföretaget Ambiq som grundades 2010. Tekniken används i schweizerur. Och för ett drygt år sedan släppte Ambiq själv klockkretsar med tekniken.

Men Ambiq är först att använda den i en modern CPU i en standard-CMOS-process. Man har gjort sig kompatibel med det stora ARM-ekosystemet genom att använda ARM M4F-kärna.

Spot kallar man sin teknik (Subthreshold Power Optimized Technology). Ambiq har anpassat den till CMOS. Det fanns inga detaljerade CMOS-modeller för hur transistorer fungerar i låga spänningar – ingen har varit intresserad av att använda dem där.

Hela konstruktionsprocessen har Ambiq måstat förnya – inte ens normala testmetoder fungerar. Några av utmaningarna är störningskänslighet, temperaturkänslighet och processdrift.

Nu har företaget de dokument som krävs för att konstruera godtyckliga analoga och digitala kretsar i standard-CAD-verktyg.

Som grädde på moset kan företaget använda samma typ av strömsparknep som konkurrenterna, som att skala spänning och frekvens eller låta periferienheter tala med varandra direkt utan att väcka cpu:n.

De strömsnålaste ARM-styrkretsarna idag använder Cortex M0+-kärnan. Men inte Ambiq. Med dess teknik blir vinsten lika stor för en M4-kärna.

Mike Salas

– Vi betalar inget straff! Vi får det bästa av två världar, säger Ambiqs marknadschef Mike Salas.

Silicon Labs norska M0+-styrkrets EFM32 Zero drar 900 nA i Deep Sleep att jämföra med Ambiqs 100 nA. Och den drar aktivt 115 µA/MHz att jämföra med Ambiqs 25.

Konkurrenterna måste dessutom enligt Ambiq välja mellan att optimera sina kretsar antingen för viloström eller läckström. Ambiq kan göra båda i samma krets.

Någon Cortex A-processor är inte aktuell – tekniken fungerar inte i GHz-frekvenser. Möjligen i 100 Mhz, spekulerar Ambiq på en direkt fråga.

Ambiq säger sig ha kunder – ännu oannonserade.

Att licensera tekniken till andra tillverkare är inte aktuellt. Däremot tycks man hålla dörren öppen för partnerskap, i den utsträckning som det kan behövas för att låta tekniken komma till användning i fler nischer.

I nästa generation kretsar ska Ambiq försöka skruva ner förbrukningen ytterligare, främst med hjälp av den egna tekniken. Och addera ytterligare funktionalitet.