IoT sans batterie avec un microcontrôleur RISC-V
Une start-up norvégienne spécialisée dans les puces vise à éliminer le besoin de batteries dans des trillions d’appareils de l’internet des objets (IdO).
Kjetil Meisal, PDG d’ONiO, s’entretient avec Nick Flaherty eeNews/ECInews des projets de l’entreprise concernant son microcontrôleur RISC-V à très faible consommation, alimenté uniquement par la collecte d’énergie, qui sera présenté au salon CES 2024 cette semaine.
« Nous sommes issus de l’héritage norvégien des semiconducteurs, d’Atmel et de Nordic Semiconductor », explique Meisal (ci-dessus) à eeNews/ ECInews. « Nous avons entrepris de procéder aux changements que nous jugions nécessaires dans le domaine des semiconducteurs, plutôt que de procéder à un développement progressif de la propriété intellectuelle (IP) existante en vue d’une consommation d’énergie extrêmement faible.
« Il y a un défi dans l’IoT qui est la batterie qui limite la croissance de l’IoT et la durabilité et vous n’avez vraiment pas besoin d’une batterie si vous faites la conception de façon à fonctionner avec une puissance ultra-faible. Nous avons examiné la propriété intellectuelle de tiers, et bien sûr vous ne voulez pas réinventer la roue, mais il n’y avait pas la propriété intellectuelle dont nous avions besoin pour la faible consommation.
L’équipe a donc entrepris de concevoir un microcontrôleur à très faible consommation à partir de zéro, avec tous les périphériques, sur la base d’un processus CMOS standard, à l’aide d’outils de Cadence Design Systems et d’outils open source.
La conception utilise un cœur RISC-V 32 bits avec des instructions personnalisées conçues pour une consommation d’énergie extrêmement faible et une récupération d’énergie intégrée, ainsi qu’une mémoire évolutive et configurable à faible consommation conçue en interne. Un frontal sans fil prend en charge la radio Bluetooth Low Energy et IEEE802.15.4 sur la première puce, d’autres protocoles tels que Matter étant ajoutés pour la première version générale de la puce plus tard dans l’année.
« Tout est adapté à une très faible puissance et nous avons de loin battu tout le monde », a déclaré M. Meisal. La puce a une consommation d’énergie de 300nW pour un démarrage à froid, ce qui permet de l’utiliser avec des cellules solaires ou avec la collecte d’énergie RF sans avoir besoin d’une batterie. La consommation en mode veille n’est que de 35nW.
« Les partenariats avec les entreprises photovoltaïques le confirment, nous sommes les seuls à vraiment supprimer la batterie, car il y a une limite au démarrage à froid ou à la puissance de veille », a-t-il déclaré.
L’entreprise a bénéficié d’un financement d’amorçage par SME Instrument, Innovation Norway et Forskningsrådet en Norvège, ainsi que d’une subvention de développement du programme Horizon 2020 de l’UE. Elle cherche maintenant à obtenir son premier grand financement externe après avoir conclu des accords avec les fabricants de cellules solaires d’intérieur Powerfoyle et Epishine.
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Meisal ne fera aucun commentaire sur le processus de fabrication, si ce n’est qu’il s’agit d’un processus courant qui ne nécessite pas de kit de développement de processus personnalisé (PDK).
« Nous avons choisi la voie de l’évolutivité avec le partenaire de production, mais nous avons utilisé toutes les astuces du livre, l’ensemble du système étant conscient de la consommation d’énergie et des différentes approches en matière de calcul. Habituellement, un microcontrôleur fonctionne aussi rapidement que possible, puis s’éteint. Nous cherchons donc à déterminer la vitesse optimale pour la plus faible consommation d’énergie », a-t-il déclaré.
« Le système est autonome et s’optimise en permanence. Nous optimisons l’extraction d’énergie grâce à une technologie MPPT avancée et nous pouvons prendre en charge trois ou quatre sources, mais le système est optimisé pour deux d’entre elles. Les sources les plus évidentes sont la radiofréquence et l’énergie photovoltaïque, mais nous pouvons aussi en combiner d’autres. Lorsque nous fonctionnons à partir de l’énergie ambiante, nous ne sommes pas à la limite. La radiofréquence est une très bonne solution de secours, car il y a toujours un filet d’énergie en permanence.
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La propriété intellectuelle de la puce est conçue pour des licences futures. « En tant que petite entreprise, il est un peu plus difficile de gérer un modèle de propriété intellectuelle à licences multiples et d’avoir la capacité d’aider quiconque achète la propriété intellectuelle.
« Nous avons choisi de vendre des puces, mais nous structurons notre propriété intellectuelle de manière à pouvoir concéder des licences si cela s’avère nécessaire à l’avenir, mais nous avons choisi de ne pas le faire pour l’instant. Pour l’instant, c’est l’intégration qui compte ».
Exeger utilise le microcontrôleur pour une télécommande sans pile présentée au salon CES 2024 cette semaine. Il s’agit d’un circuit imprimé nu pour montrer qu’il n’y a pas de batterie.
« Cela signifie qu’il est possible de réduire la nomenclature et de supprimer la maintenance liée à la batterie, ce qui permet d’obtenir des capteurs à long déploiement, faciles à installer et à oublier. Cela permet à l’IoT de se développer plus rapidement.
Cela rend également les systèmes d’IoT plus durables, ajoute-t-il. En plus de retirer la batterie, l’ensemble du système peut être scellé car l’accès n’est plus nécessaire. Cela permet d’utiliser des circuits imprimés plus durables qui sont autrement sensibles à l’humidité.
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L’entreprise a également mis au point une carte de débogage capable de mesurer la puissance absorbée à chaque ligne de code pour donner un retour sur le code avec des conseils et des exemples. « On peut imaginer une boucle de rétroaction pour l’optimisation de l’IA, qui deviendra donc un outil très puissant lorsqu’elle sera disponible au second semestre 2024 », a-t-il déclaré.
« Nous travaillons actuellement avec de gros clients et, au fur et à mesure que nous complétons les outils, nous nous associons à des entreprises technologiques complémentaires afin de les faire évoluer de la bonne manière.
L’entreprise s’est également concentrée sur la conception de la puce à l’aide d’un outil logiciel libre sur une carte de capteur. « En 2024, nous disposerons d’un modèle open source dans lequel nous aurons développé tout un flux permettant de prendre la carte et de faire une démonstration de faisabilité en 15 minutes, en ajoutant un tableau de bord de données fonctionnant en mode natif plutôt que sous Linux », a-t-il déclaré.
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