物聯(lián)網(wǎng)裝置資料壓縮技術(shù)　可望大幅降低能耗

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)時代注重半導(dǎo)體低功耗效能，因為許多物聯(lián)網(wǎng)裝置需要電池且不見得能經(jīng)常維護。而物聯(lián)網(wǎng)裝置喚醒或開機期間極為耗電，因此，有人針對物聯(lián)網(wǎng)常見程式碼代碼映射(Code Shadowing)存儲器架構(gòu)的嵌入式設(shè)計方案，采用資料壓縮技術(shù)，發(fā)現(xiàn)能省下大筆用電量。

　　據(jù)Design& Reuse網(wǎng)站報導(dǎo)，物聯(lián)網(wǎng)裝置多數(shù)時間處于待機狀態(tài)，僅需處理資料或執(zhí)行作業(yè)時，才開機或喚醒為使用狀態(tài)。

　　CAST執(zhí)行長Nikos Zervas表示，透過即時解壓縮作業(yè)或預(yù)先壓縮好的韌體(firmware)，不但可減輕資料流量，也可在開機或喚醒裝置時，將裝置對長期儲存資料的存取次數(shù)降到最低，因此大幅減少該作業(yè)階段的用電量和延遲狀況。

　　CAST團隊利用市面上的IP核心執(zhí)行Deflate/GUNZIP實驗，而后發(fā)現(xiàn)資料壓縮后可望減少最多50%用電量。此外，如果在系統(tǒng)內(nèi)搭建合適的解壓縮核心，省下的電力成本可望超過搭建此核心所需付出的額外成本。

　　低功耗嵌入式設(shè)計系統(tǒng)往往將應(yīng)用程式編碼儲存在Flash、EPROM或OTP等非揮發(fā)性存儲器(NVM)。當(dāng)這些系統(tǒng)被喚醒、準(zhǔn)備執(zhí)行作業(yè)時，有二種方式可召喚應(yīng)用編碼：芯片內(nèi)直接執(zhí)行(eXecute In Place;XIP)或?qū)⒕幋a復(fù)制到內(nèi)建的SRAM，并從該單位執(zhí)行。

　　至于系統(tǒng)使用何種方法召喚編碼，則視NVM取得資料的速度和能量決定。一般而言，NVM比SRAM的處理速度還要慢，且從NVM讀取資料所費的電量，也大于從SRAM上面讀取資料，尤其當(dāng)資料是隨機取得時更是如此。

　　不過，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)裝置多數(shù)時間都在休眠模式時，SRAM模式則不見得是最好的選擇，因為大型芯片上SRAM往往有漏電流問題，因此在休眠模式也會繼續(xù)耗電，而多數(shù)NVM系統(tǒng)卻不會持續(xù)吃電。

　　因此，許多設(shè)計師多半只有在采用的是小型SRAM時，或是在有即時執(zhí)行需求、無法等待處理緩慢的XIP過程時，才會執(zhí)行SRAM上的程式碼代碼映射。

　　不過，設(shè)計師也可以壓縮NVM內(nèi)的應(yīng)用程式編碼，提升SRAM選項的優(yōu)勢。采用此法的話，系統(tǒng)得運用GZIP等無失真壓縮法(lossless compression)，而這意味著程式執(zhí)行以前，編碼就得進行解壓縮。

　　儲存壓縮過的編碼后，裝置執(zhí)行喚醒或開機時就可使用更少NVM，進而節(jié)省用電量，然而解壓縮過程也有延遲、耗電的缺點。因此，壓縮法是否成功省電，仍得看壓縮比例以及解壓縮需求而定。

　　而CAST團隊發(fā)現(xiàn)，采用壓縮法后，總省電量平均達50%，而當(dāng)系統(tǒng)活躍時，解壓縮核心的用電量不足為道，僅用掉省去電量的百分之一至百萬分之一。壓縮后的應(yīng)用程式編碼可用更小型的NVM裝置作為長期儲存方案，而系統(tǒng)也花費較少的時間將壓縮后編碼從NVM轉(zhuǎn)至SRAM上面。