在最近接受 SafetyDetectives 採訪時，Ambiq 創始人兼首席技術官 Scott Hanson 深入探討了 SPOT 平台的創建和演變，該平台專注於構建世界上最節能的芯片。SPOT平台起源於Hanson在密西根大學攻讀博士生時，在那裡他開發了用於醫療植入物的微型系統，利用亞閾值功率優化技術實現前所未有的能源效率。
Hanson 討論了該平台與傳統數位晶片設計的背離，強調了在低電壓下運作可以顯著節省能源。採訪涵蓋了 Ambiq 在解決物聯網行業技術挑戰方面的作用，強調了能源效率和安全性的關鍵方面。Hanson 也表達了對超低功耗技術未來的樂觀態度，預計未來 5-10 年物聯網設備的運算能力將不斷改進和激增。
您能描述一下創建 SPOT 平台的歷程嗎？
大家好，我叫 Scott Hanson，是 Ambiq 的創始人兼首席技術官。
Ambiq 是一家製造世界上最節能的芯片的公司。我們把情報無處不在;這確實是口號。我們想要製造出功耗如此低的晶片，這樣我們就可以將小型微處理器和所有東西嵌入你的衣服、油漆在牆上、我們開車經過的橋樑、寵物項圈等。
該公司圍繞著一種我們稱之為 SPOT 或亞閾值功耗優化技術的技術而建立。這是我在密西根大學期間的低功耗電路設計技術平台。我是那裡的博士生，我們正在為醫療植入物構建微型系統。
當我說小時，我的意思是真的很小。我們談論的是一立方毫米，其中包含微處理器、無線電、天線、感測器和電源。當您構建這樣的系統時，您首先要發現的是電池很小，因此與該電池相對應的功率預算也必須很小。
我們必須從皮瓦和納瓦的角度來思考，對吧？在正常世界中，我們通常會想到瓦特和千瓦，但我們必須考慮皮瓦和納瓦。當我們這樣做時，我們可以建造這些立方毫米系統;它們可以植入青光眼患者的眼睛中以測量壓力波動。令人興奮的是，這個 SPOT 平台使這一切成為可能。
在那個項目中，我開始看到公司對這項技術很感興趣，這讓我意識到這項技術具有商業潛力。我記得在密西根大學電腦科學大樓的電梯裡，意識到這項技術有一天會商業化，而我需要成為做到這一點的人。
不久之後，我和我的兩位論文導師在密西根州創辦了 Ambiq，我們設法籌集了一些資金。然後我們推出了最初的幾款產品，13 年後，我們已經出貨了超過 200,000,000 個支持 SPOT 的芯片。這是一次非常有趣的旅程。
SPOT平台與傳統微控制器技術有何根本不同？
我將避免在這裡給你完整的 Circuits 101 講座。傳統的數字芯片不僅僅是微控制器，而是任何芯片信號，包括數字信號和使用電壓的數字零。
數字零可能是 0 伏，而數字零在 1 或 1.2 伏時的電壓要高得多。選擇更高的電壓是因為它很容易區分零和一。之所以選擇它，也是因為 1 或 1.2 伏遠高於晶體管的導通電壓。
每個現代晶片基本上都是由晶體管組成的，晶體管是基本的組成部分。
這些晶片上有數十億個電晶體，它們看起來像小開關。把它們想像成一個電燈開關。當施加到該晶體管的電壓高於導通電壓（我們稱之為閾值電壓）時，它就會導通。低於閾值電壓，它就會關閉。您可以了解如何將這些東西串在一起並獲得發出零和一信號的設備。
如果您查看電路 101 教科書，它們會教您施加遠高於閾值電壓的電壓來打開電壓，並且它可以作為適當的數字開關。幾乎每個晶片都以這種方式運作。然而，在 Ambiq 中，我們忽略了 SPOT，忽略了這個慣例。我們表示電壓低得多的 1;想想 0.5、0.4 或 0.3 伏特。如果該電壓低於晶體管的導通電壓，我們稱之為亞閾值。如果它等於或接近該導通電壓，則稱為接近閾值。
事實證明，通過縮小數字化的內容，您可以節省大量能源。能量等於電壓的平方，因此它與電壓呈二次關係，因此，通過在低電壓下運行，您可以獲得巨大的能量減少。
這伴隨著各種特質，這就是所有其他公司望而卻步的原因。晶體管開始表現異常，但仍然像晶體管或開關一樣運行，這變得難以管理。我們的 SPOT 平台旨在應對這些特質或那些低於閾值的挑戰，並且它有效。
亞閾值和接近閾值的技術已經存在了幾十年。Ambiq 是第一個真正將其廣泛商業化的公司，我們的時機非常完美。大約十年前，當公司起步時，物聯網 （IoT） 才剛剛開始爆炸式增長。電池供電的設備無處不在，人們對低功耗有著永不滿足的渴望。SPOT 平台來得正是時候，我們已經解決了很多電源問題，但對更多計算的需求持續增長。
人工智慧無處不在。我們看到，它不僅在雲端，而且還始於我們所服務的 邊緣 設備，例如消費性穿戴式裝置或智慧家庭裝置。人工智慧正在使所有這些設備的功率預算緊張，這意味著我們必須繼續創新並發布功耗較低的新產品。
超低功耗技術的廣泛採用對環境有何影響？
較低的功耗對環境有益，這是一項綠色技術。如果我的電力需求那麼大，使用低功耗技術，我可以將需求減少到更低的量，那很好。然而，��實比這要複雜一些。
經常發生的情況是，我們的客戶不一定會透過使用更小的電池和更少的充電頻率來利用更少的能源消耗。相反，他們傾向於添加新功能。他們會說，你有更節能的處理器嗎？然後，我會在相同的功率預算中添加更多東西。因此，世界的電力足跡並沒有真正減少;只是我們能夠在相同的電力足跡下完成更多工作。
就環境影響而言，這可能是一種洗牌。也就是說，物聯網作為一個整體對環境具有一些非常巨大的潛力。當我們在整個家庭和建築物上安裝感測器時，我們就可以在世界各地安裝氣候感測器。我們更了解世界上正在發生的事情，無論是氣候變遷，我們能夠追蹤，還是這棟建築使用了多少能源，以及我們是否在走廊上開著燈，那裡沒有人，沒有人在場。
因此，有可能利用物聯網來大幅減少我們的能源使用，這意味著更好地管理建築物、能源消耗、管理家庭和能源消耗，同時也能更好地了解世界上正在發生的事情。
因此，我認為我們的技術有可能以非常積極的方式使用。
但我們的大多數客戶傾向於使用它只是為了從他們現有的電力足跡中獲得更多收益。
當今物聯網行業面臨的最大技術挑戰是什麼？
權力就是其中之一，也是我們每天都在努力解決的問題。我們想在任何地方放置數十億台設備，而您不想更換數十億個電池嗎？因此，擁有像 SPOT 這樣的低功耗平台確實至關重要。
安全問題日益受到關注。Io T 的開發速度非常快，而且通常沒有適當地關注安全需求。現在普通人家裡有幾十台物聯網設備，它們正在收集關於我們的各種私密數據。它正在收集我家中的健康資訊和運動模式。我們看到虛擬助理不斷捕捉我們的語音以收聽「Alexa」關鍵字或「OK Google」關鍵字，而且這種情況並沒有停止，對吧？
人們對更多人工智慧有著永不滿足的胃口;深度神經網路無處不在。我們將看到這種在雲端中處理的持續需求，這意味著我們將資料傳送到雲端。
這是一個隱私問題，對吧？
有很多方法可以處理這個問題。有很多好的、有趣的安全硬體安全軟體不斷湧現。然而，我想說，最有效的解決方案可能非常簡單——不要向雲端發送那麼多資料。
在邊緣進行大部分處理，例如在智能手錶、智能恆溫器和家中的 Echo 設備上。
無需將所有數據發送到雲端。它可以在本地處理。事實證明，這也是一個權力問題。如果我說我們不會將 100% 的原始聲音數據從 Amazon Echo 發送到雲端，而是只發送足夠有趣的 1% 發送，這意味著需要進行本地處理。它必須在智能手錶、恆溫器、Echo 或帶有傳感器捕獲數據的設備上完成。
這是一個電源問題，尤其是當為支援這些用例而運行的神經網路變得越來越大時。幸運的是，SPOT 是一個很好的解決方案。我們正在進行大量架構創新，以確保我們的客戶可以在本地和此類設備上運行大型、強大的神經網絡。我相信我們可以解決這個問題。然而，我預計未來幾年這裡將出現幾年不穩定的安全問題。
您如何看待人工智慧和機器學習在物聯網設備演進中的作用？
我認為將要發生的是，我們將看到人工智慧從純粹的資料中心遷移到邊緣設備，這意味著穿戴式裝置、智慧家庭設備、汽車或帶有感測器的設備。
我們看到我們的客戶在穿戴式裝置上執行輕量級活動追蹤或生物訊號分析。他們將虛擬助理嵌入到所有事物中，無論是穿戴式裝置、耳戴式裝置還是智慧家電。在所有這些情況下，邊緣和雲端之間都存在平衡。神經網路可以有一個在本地運行的輕量級前端;如果它識別出有趣的內容，則將其傳遞到雲端進行進一步分析。
我真正興奮的是大型語言模型 （LLM） 的潛力，例如 chatGPT，這些模型使用大量數據進行訓練，這些數據主要來自互聯網。然而，他們沒有眼睛和耳朵;他們在現實世界中不了解正在發生的事情。這就是邊緣設備、穿戴式裝置、智慧家庭裝置或智慧交換器的作用。這些設備不斷捕獲有關我們的信息。
如果他們可以在本地運行輕量級神經網路來識別感興趣的活動或事件，他們就可以將它們傳送到雲端，以使用類似 ChatGPT 的模型。想像一下，如果您的穿戴式裝置監測您的生命體徵、心率、呼吸和說話，並識別感興趣的趨勢並將其發送給人工智慧。
我不是在談論它不斷收集的兆位元組甚至千兆位元組的數據。我說的是發送一些小片段——一些小觀察。例如，您今天的活動量很大，或者昨晚睡眠不是很好。你把它傳送到雲端，然後你可以問它更有用的問題，比如——嘿，我最近感覺不太好，怎麼了？人工智慧將能夠用類似以下內容來回答 在過去的六個月裡，我一直在觀察你，我看到你的睡眠一直不規律。您需要獲得更規律的睡眠，您可以採取以下措施來解決這個問題 右？
像這樣的事情有無數的例子，邊緣設備可以與雲端中的大型語言模型協作以取得出色的結果。
現在，那裡存在明顯的安全問題。我們剛剛談到了安全問題如何成為物聯網面臨的主要挑戰之一。這在這裡沒有什麼不同，這是一個需要管理的問題。但是，如果您在本地進行大部分處理，我們可以有效地管理安全問題。我認為在邊緣和雲端之間，有一種方法可以解決那裡出現的安全問題。我認為最終用戶可以實現的目標是真正的力量。
您如何看待未來 5-10 年超低功耗技術的發展？
好消息是，我看到它正在改善，而且看不到盡頭。我們將看到更多的計算能力被壓縮到不斷縮小的功率預算中。
摩爾定律對於嵌入式世界來說是活生生的。我們今天處於一個 22 奈米的製程節點。高通、英特爾等公司的技術含量已降至 5 奈米以下，因此我們還有很長的路要走才能趕上它們。
摩爾定律將帶來各種收益。這意味著更快的處理器和更低功耗的處理器。我們也在架構、電路和軟體方面進行了大量創新。我不認為權力改進會結束，當然不會在未來十年內結束。
看看 Ambiq 在過去十年中取得了多大的進步。我們有這個名為 Apollo 的 SoC 系列。第一個於 2014 年推出，運行頻率為 24 MHz。它有一個小處理器和不到 1 MB 的內存。我們最新的 Apollo4 處理器擁有許多兆位元組的記憶體。它們的運行頻率接近 200 MHz。它們具有 GPU 和 USB 接口，消耗我們初始產品的 1/8 電量。因此，我們正在變得非常快，功率也將大大降低，這種情況將持續下去。
如果您只是推斷未來的這些數字，我們將為您的所有物聯網設備提供驚人的計算能力，這令人興奮。
我不能 100% 確切地知道我們將如何處理所有這些計算，但我確實知道我每天都有客戶要求我提供更高的處理能力、更低的功耗，他們將做一些非常令人興奮的事情。
所以，我對我們未來的發展感到興奮。
本次採訪最初出現在 2024 年 1 月 4 日與 Shauli Zacks 的《安全偵探》上
