ARM TechCon 2015 Startup definiert Ultra-Low-Power bei Mikrocontrollern neu

Ein ULPBench-Wert von 377 definiert Ultra-Low-Power neu.
Ein ULPBench-Wert von 377 definiert Ultra-Low-Power neu.

Das Startup Ambiq Micro aus dem texanischen Austin steht nach unseren Informationen mit seinen Apollo-Ultra-Low-Power-Mikrocontrollern kurz vor der Massenfertigung. Beim EEMBC-Benchmark ULPBench wurde das Ergebnis des bislang energieeffizientesten Wettbewerbers mehr als verdoppelt. Wie ist das möglich?

Schon Anfang 2015 haben wir AmbiqMicros Ansatz technisch durchleuchtet: Mit Transistoren im Sub-Threshold-Betrieb steigt keine der Spannungen im Chip über die Schwellenspannung (Uth), was den Energieverbrauch drastisch reduziert. An dieser an sich nicht neuen Technologie versuchten sich in der Vergangenheit schon viele Hersteller, u.a. Texas Instruments’ MSP430-Gruppe, die jedoch auch bald aufgab, weil natürliche Variationen im Fertigungsprozess eine Massenproduktion mit wirtschaftlich vertretbaren Chip-Ausbeuten verhinderten.

AmbiqMicro lässt seine MCUs bei TSMC in Taiwan in einem 90-nm-ULP-Prozess fertigen, wie es die ehemaligen Studenten um Firmengründer und CTO Dr. Scott Hansen geschafft haben, dieses Fertigungsproblem in den Griff zu bekommen, wollen sie natürlich nicht verraten, fest steht, dass die Apollo-MCU nach unseren Informationen kurz vor der Massenfertigung steht und der erste große Design-Win bei dem Fitnessarmband-Hersteller Misfit für dessen Produkt "Shine 2" gelandet werden konnte, das mit einer Batterieladung 6 Monate betrieben werden können soll.

Bei einer Live-Demonstration am Rande von ARMs TechCon-Konferenz wurde bei EEMBs Ultra-Low-Power-Benchmark ein ULPBench-Wert von 364 erzielt, EEMBC konnte in mit unterschiedlichen Boards sogar einen Wert von 377 zertifizieren – mehr als doppelt soviel wie der bisherige zertifizierte ULPBench-Champion Atmel mit seiner MCU SAML21 erreichte (ST Microelectronics veröffentlichte mit dem STM32L4 einen noch etwas höheren Wert, der bislang aber nicht durch EEMBC zertifiziert wurde).

Neben Wearable-Elektronik zielt AmbiqMicro natürlich auf drahtlose Sensorknoten im IoT-Umfeld, tragbare Medizinelektronik und Smart-Watches. Die auf ARMs Cortex-M4 basierende MCU wird mit 64 KB Ultra-Low-Leakage-SRAM und bis zu 512 KB Flash-Speicher ausgerüstet. Die CPU wird mit maximal 24 MHz getaktet, im aktiven Modus werden 34 µA/MHz aufgenommen, im Sleep-Mode mit temperatur-kompensierter Echtzeituhr 100 nA. Der Wake-Up-Interrupt-Controller unterstützt bis zu 12 Interrupts.

An Peripherie stehen ein 10-bit-A/D-Wandler mit 13 Kanälen und einer Abtastrate von 1 MS/s, ein I2C/SPI-Master für die Anbindung von Sensoren und Funkmodulen, ein I2C/SPI-Slave für die Kommunikation mit einem Host-Prozessor und ein UART zur Verfügung. Daneben gibt es zwei RC-Oszillatoren für unterschiedliche Frequenzbereiche.

Das erstaunliche für einen Chip mit Sub-Threshold-Transistoren ist der Temperaturbereich von -40°C bis +85°C, die externe Versorgungsspannung kann zwischen 1,8 und 3,8 V liegen. Als Gehäuseoptionen werden zum Start 2.4x2.7 mm CSP mit 42 Pins und 27 GPIOs sowie 4.5x4.5 mm BGA mit 64 Pins und 50 GPIOs angeboten.