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Power Aware Embedded Systems

Der Student wird in die Lage versetzt, Ursachen für die Leistungsaufnahme von eingebetteten Systemen von den physikalischen und technologischen Grenzen bis zur Applikation etwa im Internet der Dinge zu verstehen und selbständig Konzepte für das Power-Management in Eingebetteten Systemen zu entwickeln.

(Bild rechts: Am Institut von Prof. Grimm (damals TU Wien) entwickelter Wake-Up-Receiver)

Das Curriculum umfasst die folgenden Themen:

1) Einführung - Anwendungsgebiete, Energy- and power aware, linear power.

2) Technologische Grundlagen und Physikalische Limits -Modelle von statischem und dynamischem Power in CMOS, Einfluss Aktivität, FINFET, Tri-Gate, Subthreshold, Adiabatische Schaltungen, Landauer-Prinzip und reversible Logik.   

3.1) Stromversorgung und Power Converter - Primär/Sekundärzellen, Aufbau Harvester, kapazitive Konverter, Buck converter, Boost converter, Buck-Boost Converter, Wirkungsgrad abschätzen

3.2) Datenpfad und Architektur - Dedizierte HW, Pipelining, Parallelität, Architectural Power Gating, Clock Gating, Voltage Scaling, Interaktion mit Wandlern, Inrushströme, IR-Drop, Brownout, Einfluss Systempartitionierung auf Power

3.3) Power Management - RFTS, DFS, DVFS, AVS, Closed-Loop DVFS, Inrush-Management, Brownout u. Resetmanagement

4.1) CPU, Speicher, FPGA - Ursachen für Stromaufnahme in FPGA u. Speicher, Power states, LPDDR, FeRAM, MRAM, RRAM, Ultra-low power Prozessoren, IGLOO FPGA

4.2) Betriebssystem - APM, APCI, Power Governor, Wake locks, TinyOS, Driver

4.3) Kommunikation - Single-hop vs. multi-hop, MAC layer: ALOHA, MANET, MACA, S-MAC, PAMAS; Wake-up Receiver; ZigBee, W6LoPan, Bluetooth 

5) Entwicklungsmethodik und Werkzeuge - Power estimation, power profiling