在最近接受 SafetyDetectives 采访时，Ambiq 创始人兼首席技术官 Scott Hanson 深入探讨了 SPOT 平台的创建和发展，该平台致力于打造世界上能效最高的芯片。Hanson 曾在密歇根大学攻读博士学位，并在那里开发了用于医疗植入物的微小系统。SPOT 平台利用亚阈值功率优化技术（Sub-threshold Power Optimized Technology）实现了前所未有的能效。
Hanson 讨论了该平台与传统数字芯片设计的不同之处，强调了在低电压下工作所实现的显著节能效果。采访涉及 Ambiq 在应对物联网行业技术挑战方面的作用，强调了电源效率和安全性等关键方面。Hanson 还对超低功耗技术的未来表示乐观，预计在未来 5-10 年内，物联网设备的计算能力将不断提高和激增。
您能描述一下创建 SPOT 平台的历程吗？
大家好，我叫斯科特-汉森（Scott Hanson），是 Ambiq 的创始人兼首席技术官。
Ambiq 是一家制造世界上最节能芯片的公司。我们的口号是让智能无处不在。我们希望制造出低功耗的芯片，这样我们就可以在你的衣服、墙壁上的油漆、我们驶过的桥梁、宠物项圈等一切地方嵌入小型微处理器。
公司是围绕我们称之为 SPOT（阈值下功率优化技术）的技术建立起来的。这是一种低功耗电路设计技术平台，是我在密歇根大学时的研究成果。当时我是密歇根大学的博士生，我们正在为医疗植入物构建微小系统。
我说的 “微小 “是指非常小。我们说的是一立方毫米，内含微处理器、无线电、天线、传感器和电源。当你在构建这样一个系统时，你首先会发现电池很小，因此与电池相对应的功率预算也必须很小。
我们开始考虑皮瓦和纳瓦，对吗？在正常情况下，我们通常考虑瓦特和千瓦，但我们必须考虑皮瓦和纳瓦。当我们做到这一点时，我们就能制造出这些立方毫米的系统；它们可以被植入青光眼患者的眼睛，测量压力波动。令人兴奋的是，SPOT 平台使这一切成为可能。
在那个项目中，我开始看到很多公司对这项技术感兴趣，这让我想到这项技术具有商业潜力。我记得在密歇根大学计算机科学大楼乘坐电梯时，我意识到这项技术终有一天会商业化，而我需要成为实现这一目标的人。
不久之后，我和我在密歇根州的两位论文导师一起创办了 Ambiq 公司，并设法筹集了一些资金。然后我们推出了最初的几款产品，13 年后的今天，我们的 SPOT 芯片出货量已超过 200,000,000 件。这是一段非常有趣的旅程。
SPOT 平台与传统微控制器技术有何本质区别？
我不想在这里给你上完整的电路 101 课。传统的数字芯片不仅仅是微控制器，任何芯片都可以使用电压来发送数字 1 和数字 0 信号。
数字零可能是 0 伏，而数字一则是更高的 1 伏或 1.2 伏。之所以选择较高的电压，是因为零和一很容易区分。之所以选择 1 或 1.2 伏，还因为它比晶体管的导通电压高得多。
这些芯片上有数十亿个晶体管，看上去就像一个个小开关。把它们想象成电灯开关。当施加到晶体管上的电压高于开启电压（我们称之为阈值电压）时，晶体管就会开启。如果电压低于阈值电压，它就会关闭。你可以看到如何将这些东西串联起来，从而得到发出 0 和 1 信号的器件。
如果你看一下《电路 101》的教科书，他们会教你施加一个远高于阈值电压的电压来开启电压，它的功能就是一个合适的数字开关。几乎所有的芯片都是这样工作的。但是，在 Ambiq 的 SPOT 中，我们忽略了这一惯例。我们用更低的电压来表示 1，例如 0.5、0.4 或 0.3 伏。如果该电压低于晶体管的开启电压，我们称之为次阈值电压。如果电压处于或接近开启电压，则称为近阈值。
事实证明，通过缩小数字信号的范围，可以节省大量能源。能量等于电压的平方，因此它与电压成二次方关系，因此，在低电压下工作可以节省大量能源。
这也是其他公司望而却步的原因。晶体管的行为开始变得怪异，但仍能像晶体管或开关一样工作，这就变得难以管理。我们的 SPOT 平台就是要应对这些特异性或亚阈值挑战，而且很有效。
亚阈值和近阈值技术已经存在了几十年。Ambiq 是第一个真正将其广泛商业化的公司，我们的时机恰到好处。大约十年前，公司刚刚起步，物联网 (IoT) 刚刚开始爆发。电池供电的设备随处可见，人们对低功耗的渴求无以复加。SPOT 平台的出现恰逢其时，我们解决了很多功耗问题，但对更多计算能力的需求仍在不断增长。
人工智能无处不在。我们看到，它不仅出现在云端，也开始出现在我们所服务的边缘设备中，如消费类可穿戴设备或智能家居设备。人工智能正在对所有这些设备的功耗预算造成压力，这意味着我们必须继续创新，推出功耗更低的新产品。
广泛采用超低功耗技术对环境有何影响？
低功耗有利于环保，是一项绿色技术。如果我有那么大的电力需求，通过低功耗技术，我可以把需求降到更低，这很好。然而，事实要比这复杂一些。
通常的情况是，我们的客户并不一定会通过使用较小的电池和减少充电次数来降低能耗。相反，他们往往会增加新的功能。他们会说，你有更省电的处理器吗？那我就在同样的能耗预算上增加更多的功能。因此，世界上的能耗并没有真正减少，只是我们能够在同样的能耗下完成更多的工作。
就对环境的影响而言，这可能是一场空。尽管如此，物联网作为一个整体，在环保方面仍有相当大的潜力。当我们在家中和建筑物上安装传感器时，我们也可以在全世界安装气候传感器。我们可以更好地了解世界上正在发生的事情，无论是气候变化，我们都能跟踪它，还是这栋建筑正在使用多少能源，以及我们是否在无人的走廊里开着灯。
因此，我们有可能利用物联网来大幅减少能源消耗，即更好地管理建筑物、能源消耗、管理家庭和能源消耗，同时也能更好地了解世界上发生了什么。
因此，我认为我们的技术有可能以一种非常积极的方式得到应用。
，但我们的大多数客户倾向于使用这种技术，以便从现有的电力足迹中获得更多收益。
目前物联网行业面临的最大技术挑战是什么？
电源就是其中之一，也是我们每天都在努力解决的问题。我们希望将数十亿台设备放置在各处，但你不想更换数十亿块电池吧？因此，拥有像 SPOT 这样的低功耗平台至关重要。
安全问题日益受到关注。物联网的发展非常迅速，而且往往没有充分考虑到安全需求。现在，每个人家里都有数十个物联网设备，它们正在收集我们的各种隐私数据。它正在收集我家的健康信息和移动模式。我们看到虚拟助手在不断捕捉我们的语音，以监听 “Alexa “关键字或 “OK Google “关键字。
人们对更多的人工智能有着难以满足的需求；深度神经网络正在各地蓬勃发展。我们将不断看到在云端进行处理的需求，这意味着我们将数据发送到云端。
这是隐私问题，对吗？
有很多方法可以解决这个问题。有很多优秀、有趣的安全硬件和安全软件不断涌现。不过，我想说的是，最有效的解决方案可能非常简单–不要向云端发送那么多数据。
在边缘进行大部分处理，比如在智能手表、智能恒温器和家中的 Echo 设备上。
无需将所有数据发送到云端。数据可以在本地处理。事实证明，这也是一个功率问题。如果我说，我们不把亚马逊 Echo 的原始声音数据 100% 发送到云端，而只发送 1%足够有趣的数据，这就意味着需要在本地进行处理。它必须在智能手表、恒温器、Echo 或带有捕捉数据传感器的设备上完成。
这是一个功率问题，尤其是随着支持这些用例的神经网络规模越来越大。幸运的是，SPOT 是一个很好的解决方案。我们正在进行大量的架构创新，以确保我们的客户能够在本地和像这样的设备上运行大型、强大的神经网络。我相信我们能够解决这个问题。不过，我预计在未来几年内，这里的安全问题会比较棘手。
您如何看待人工智能和机器学习在物联网设备发展中的作用？
我认为，人工智能将从纯粹的数据中心迁移到边缘设备，也就是可穿戴设备、智能家居设备、汽车或带有传感器的设备。
我们看到客户在可穿戴设备上运行轻量级活动跟踪或生物信号分析。无论是可穿戴设备、可听设备，还是智能家电，他们都将虚拟助手嵌入其中。在所有这些情况下，边缘和云之间都需要保持平衡。神经网络可以有一个在本地运行的轻量级前端；如果它识别出有趣的东西，就会将其传递到云端作进一步分析。
让我真正感到兴奋的是大型语言模型（LLM）的潜力，比如 chatGPT，它是通过海量数据（主要来自互联网）训练出来的。但是，它们没有眼睛和耳朵；它们无法在现实世界中了解正在发生的事情。这就是边缘设备、可穿戴设备、智能家居设备或智能开关的作用。这些设备不断捕捉我们的信息。
如果他们能在本地运行轻量级神经网络来识别感兴趣的活动或事件，他们就能将这些活动或事件发送到云端的类似 ChatGPT 的模型中。想象一下，如果您的可穿戴设备能监测您的生命体征、心率、呼吸和说话，并能识别出您感兴趣的趋势，然后将这些信息发送给人工智能。
我说的不是它不断收集的兆字节甚至千兆字节的数据。我指的是发送一些小片段–一些小观察。例如，你今天的活动量很大，或者昨晚睡得不好。你把这些信息发送到云端，然后你就可以问它更有用的问题，比如–嘿，我最近感觉不太好，怎么了？人工智能可以回答如下问题 在过去的六个月里，我一直在观察你，我发现你的睡眠很不规律。你需要更有规律的睡眠，以下是你可以采取的解决方法 对吗？
这样的例子不胜枚举，边缘设备可以与云中的大型语言模型协作，从而取得绝佳的效果。
现在，安全问题显而易见。我们刚刚谈到，安全问题是物联网面临的主要挑战之一。这里也不例外，这是一个需要管理的问题。但是，如果在本地进行大部分处理，我们就能有效地管理安全问题。我认为，在边缘和云之间，有一种方法可以解决那里出现的安全问题。而且我认为，为最终用户实现的目标才是真正的力量。
您认为超低功耗技术在未来 5-10 年内将如何发展？
好消息是，我看到这种情况在不断改善，而且看不到尽头。我们将看到，在不断缩减的电力预算中，计算能力将大大提高。
摩尔定律在嵌入式领域生机勃勃。我们今天的工艺节点是 22 纳米。而高通、英特尔等公司的工艺节点都低于 5 纳米，因此我们还有很长的路要走。
摩尔定律将带来各种收益。这意味着更快的处理器和更低功耗的处理器。我们还在架构、电路和软件方面进行了大量创新。我认为功耗的改进不会停止，当然在未来十年内不会。
看看 Ambiq 在过去十年中取得的成就就知道了。我们有一个名为 Apollo 的 SoC 系列。第一款产品于 2014 年推出，运行频率为 24 MHz。它的处理器很小，内存不到 1 MB。我们最新的 Apollo4 处理器拥有多兆字节的内存。它们的运行频率接近 200 MHz。它们有图形处理器和 USB 接口，功耗只有我们最初产品的 1/8。因此，我们的速度越来越快，功耗越来越低，这种情况还将继续下去。
如果将这些数字向前推断，我们将为所有物联网设备提供惊人的计算能力，这令人兴奋。
我并不完全清楚我们将用这些计算做些什么，但我知道客户每天都在向我要求更强的处理能力和更低的功耗，他们将做一些非常令人兴奋的事情。
因此，我对我们今后的发展感到非常兴奋。
本访谈最初出现在《安全侦探》上 与 Shauli Zacks 的访谈 2024 年 1 月 4 日
