人工智能等海量数据处理需求极大地推动了芯粒集成技术发展,对封装基板提出大尺寸、低翘曲、高性能、高可靠等技术要求。新型玻璃芯基板因本征低介电系数、高热稳定性与化学惰性而受到广泛关注。然而,当前玻璃芯基板技术尚处于起步阶段,缺乏全面、可靠、标准化的生产、应用、检测方法。文中概述了玻璃芯基板的发展历程、应用特点、面临的挑战,对玻璃芯基板在未来芯粒集成方面的应用发展进行了总结与展望。
随着半导体工艺向深亚微米节点发展,传统同步时钟电路在时钟偏移、时钟树高功耗等问题上面临越来越大的挑战。相较于传统的同步电路,采用本地握手协议替代全局时钟信号的异步无时钟架构,通过其模块化设计、无时钟偏移特性及低功耗优势,正逐渐成为高性能计算芯片设计的新范式。文中聚焦未来高性能计算、人工智能、物联网等领域对集成电路芯片的技术需求,从时钟树与握手协议的角度出发,指出了同步电路在大规模集成电路中的局限性,探讨了异步电路技术的最新进展,分析了握手协议在运行速度、能效和抗干扰等方面的优缺点,并对异步电路的下一步重点研究方向进行了展望。
针对嵌入式系统中进行大数据量通信时频繁发生UART中断引发实时性不足的问题,提出基于GD32E230微控制器的FreeModbus协议栈DMA驱动优化方案。通过重构UART发送/接收中断服务函数,引入DMA机制,极大降低UART中断频率,降低CPU占用。实验结果表明:在115 200 b/s波特率下,255字节长帧传输的中断触发次数从256次降至2次,CPU占用时间减少99%,大幅减轻了系统负担,为资源受限型嵌入式设备提供了高性价比通信优化方案。
为满足“新工科”背景下个性化人才培养的课程建设需求,设计了一套基于Python和嵌入式开发板的运动目标检测实验平台。平台结合边缘计算、深度学习及图像识别等先进技术设计实验教学内容。实验平台基于嵌入式开发板的Linux系统进行配置,使用Python语言开发基于帧差法、背景差分法以及光流法的运动目标检测算法,并基于腾讯ncnn计算框架部署深度学习算法,对运动目标进行识别和定位。平台使学生在实验中可以根据科研兴趣选择不同的项目和方法,从而提升教学效果。
为了解决手臂残疾患者的康复问题,提出了一种基于sEMG信号的康复机械臂控制系统,采用三路湿电极传感器对肌电信号进行采集,采集到的数据利用小波变换和软硬件滤波去除信号中的噪声,滤波后的信号进行时域识别,采用时域中3种识别方法的结合方式,识别后的信号通过无线方式发送给执行单元,执行器再执行相应动作,执行器主要由STM32和舵机构成。通过执行平台测试,执行动作识别精度可达90%,系统符合医用康复设备要求。
针对超分辨率网络在FPGA部署中面临的资源约束与能效瓶颈问题,提出了一种轻量化ESPCN超分辨率网络硬件加速方案。在算法层面,对ESPCN网络进行了简化,显著降低了其计算复杂度,并使用16位定点量化进一步提升了网络计算效率。在硬件架构设计方面,分别对普通卷积、逐点卷积、亚像素卷积的硬件实现进行了有针对性的优化设计。实验结果表明,部署于ZYNQ7035平台的加速器在210 MHz工作频率下,能将480×270分辨率的图像高效地超分辨率重建到1 920×1 080,单张图片前向推理时间仅为49.8 ms,片上总功耗为4.17 W。此加速系统为超分辨率网络在边缘计算场景中的高效部署提供了可行的解决方案。
提出一种应用于大算力处理器的存算融合运算单元设计方案,存算融合运算单元包含支持多精度运算的运算器,并在内部集成了本地存储,运算单元可以基于本地存储完成运算,避免访问外部总线,同时针对存算融合运算单元结构特点设计了硬件流水线,处理器算力具备多维度可扩展性。文中提出的运算单元设计方案具有良好的性能功耗比优势,该方案的性能功耗比达到2.47 TOPS/W@INT8,显著优于其他存算融合处理器架构,适合作为高算力处理器运算核心进行大量部署。
针对相变存储器当前产品化特点,基于固态存储控制器芯片研究了4种应用场景:ROM补丁加载、异常日志保存、掉电数据保存、数字证书存放及密钥更新等。存放ROM补丁可以节省芯片ECO费用、降低量产产品的成本。存放异常日志能够很好地解决CPU异常时的日志关键信息、寄存器关键信息的备份,大大降低了问题定位难度。存放数字证书、支持密钥更新则保证了敏感信息不出主控芯片,更安全可靠。支持掉电数据存放则大大降低了备电电容的容量需求,降低了工业产品成本,并使消费级固态硬盘支持异常掉电数据保存成为可能。基于应用需求设计并实现了PCM控制器,仿真结果表明,设计的PCM控制器功能达到设计预期。随着PCM读/写性能和寿命持续提升,PCM未来在固态存储等领域具有广阔的应用前景。
为了提升CT探测器的时钟同步性能,提出一种基于时间数字转换器(TDC)反馈机制的时钟同步方法,并设计了完整的同步系统原型架构。首次将基于进位链的TDC延时测量技术引入CT探测器时钟同步场景,设计了高分辨率的延时测量模块,结合多级比较器与高精度延迟单元完成时序调度逻辑,基于有限状态机实现同步控制流程,构建了闭环反馈的同步机制。仿真实验结果表明,在512通道、最大传输距离为1.28 m的复杂场景下,系统同步精度可稳定控制在10 ps以内,较传统方案提升了两个数量级,在加入干扰抖动的工况条件下,也可以进行动态补偿,将系统同步精度稳定控制在10 ps以内。
