JSSC 2024第1期Other28nm

A 15-µW Fully-Integrated Keyword Spotting SoC in 28-nm CMOS With Skip-RNN and Fa

提出了一种28nm CMOS工艺的低功耗关键词检测SoC，采用跳帧RNN算法实现动态功耗优化。

28nm CMOS, 1.48 µW, 92.8% accuracy

关键词检测低功耗SoC跳帧RNNCMOS

▸创新点1：跳帧RNN算法动态功耗优化（方法创新） - 提出基于内容自适应的帧跳过机制，通过Skip-RNN实时决策跳过冗余音频帧处理，在保持92.8%准确率的同时实现76%平均跳帧率，动态功耗降低至1.48µW。

▸创新点2：快速稳定模拟前端设计（电路创新） - 采用新型快速稳定AFE架构，实现<1ms的OFF-ON切换时间，比传统设计快5倍以上，支持动态电源门控下的瞬时唤醒。

▸创新点3：定制低功耗片上存储器（电路创新） - 开发基于锁存器的常开存储器IP，集成全部RNN权重，泄漏功耗降低63%，面积效率提升40%

▸创新点4：协同优化系统架构（系统创新） - 数字后端采用快速时钟驱动的特征提取器与RNN分类器联合调度策略，决策延迟缩短至0.5ms，系统级能效达12.3TOPS/W

Abstract

We propose a fully integrated low-power keyword spotting (KWS) system on chip (SoC) with content-adaptive frame subsampling, implemented in 28-nm CMOS technology. The system is co-optimized from end-to-end including the analog frontend (AFE) and digital backend with a skip-recurrent neural network (RNN) KWS algorithm. The SoC performs dynamic power gating based on the decision from the skip-RNN algorithm that allows opportunistic frame skipping to reduce the power consumption without compromisin