《电赛2036》林深沐泽

7、省赛 赛题公布：

　　赛题公布的那一刻，三个人同时安静了。

　　"基于180nm工艺的低功耗关键词唤醒芯片设计。目标功耗：≤50mW。面积：≤2.5mm?。唤醒词数量：5个中文词。"

　　葛家瑾第一个放下手机："关键词唤醒。"

　　"我们没做过。"吴越说。

　　"但读过。"金复来说。

　　他打开了一个文件夹，里面存着十几篇论文。大部分是备赛期间吴越搜集来的，关于低功耗关键词唤醒的文献——有人用MFCC加神经网络，有人用频域能量检测加模板匹配，还有人直接用脉冲神经网络做低功耗唤醒。金复来没看完所有，但他读了摘要和结论部分，知道大致有哪些方法。够用了。

　　"五个关键词是什么？"葛家瑾问。

　　吴越在赛题页面截了图："开灯、关灯、音量加、音量减、静音。"

　　"华科那边也报名了。"吴越盯着手机，忽然说，"光电学院的，领队叫陈朔，去年全国赛拿过奖。"

　　"他们什么思路？"葛家瑾问。

　　"有人说他们要做能认十五个词的，准确率奔着九十五往上。"吴越把手机转过来，是一张论坛截图，"说是要给特等奖加码。"

　　"十五个词？"葛家瑾皱眉，"赛题只要五个。"

　　金复来没说话。过了一会儿，他才开口："我们做五个。"

　　"五个够吗？"吴越问。

　　"够。赛题要几个，就做几个。"金复来说，"多的，是要还的。"

　　"还什么？"

　　"功耗。"

　　"先把架构定下来。"他说，"输入是MIC录的语音，经过ADC变成数字信号，进芯片。芯片做完唤醒判决，输出结果从串口发出来。中间不需要其他外围电路。"

　　"只要一个MIC和一个ADC？"葛家瑾问。

　　"对。"金复来在纸上画了一条线，"前端模拟部分最小化，数字处理全部在芯片内部完成。"

　　葛家瑾看着那张纸想了想："那测试板很简单。MIC接口接ADC，ADC接芯片的输入引脚，芯片的串口引脚外接一个USB转串口模块，连到电脑上看输出。"

　　"就是这个思路。"

　　"特征提取用什么方法？"吴越问。

　　"频域能量。"金复来说，"把输入信号的频谱压缩成五个频段，每一帧计算一次能量值，和预存的五个关键词模板做匹配。计算量低，适合180nm下的低功耗设计。"

　　"不用MFCC？"

　　"MFCC计算量大，功耗高。频域能量只算几个频段的功率值，足够区分五个中文词了。"

　　"准确率够吗？"

　　"去年有一篇论文做了对比，MFCC比频域能量准确率高百分之四，但功耗高百分之三十七。"金复来说，"在180纳米下，我们扛不住那百分之三十七。"

　　吴越翻到了那篇论文，确认了金复来说的数字，然后在笔记本上记了一笔："特征提取：频域能量，原因——功耗优先。"

　　"模板怎么来？"葛家瑾问。

　　"我们已经知道了五个词，"金复来说，"用一段预录的语音训练模板，固化在芯片里。"

　　"提前训练算不算违规？"

　　"不算。所有队都会这么做。"

　　上午十点，金复来开始写代码。他没有直接用AI生成完整模块，而是先让AI补了标准接口定义——时钟域划分、跨时钟域同步、串口收发。剩下的核心逻辑再逐一强调：特征提取、能量计算、模板匹配、判决输出。

　　"不能全部交给AI写吗？"吴越问。

　　金复来敲了一行代码才回答："AI跑过仿真，没流过片。"

　　"什么意思？"

　　"AI生成的代码功能仿真全过，但流片回来不一定跑得起来。反馈周期太长了，AI没见过真正坏掉的芯片长什么样。"

　　他把光标停在某个模块的端口定义上：“去年有一队，全文交给AI写，回来之后两个模块的电源域隔离出了问题。AI以为它们各自用各自的电源，但后端工具为了省面积把它们连在了一起。流片回来，静态功耗直接翻了两倍。”

　　吴越的笔在纸上停了一下，然后继续写。

　　葛家瑾打开PCB设计软件，开始画测试板。结构极简：一个MEMS麦克风接ADC，ADC输出接入芯片的输入引脚，芯片的串口输出接排针，连到电脑上观察识别结果。没有多余的分支，没有复杂的电源管理，干净得像一条直线。

　　"模拟部分越少越好，"他说，"省得干扰。"

　　下午四点，金复来跑完第一版功能仿真。波形正常，模板匹配准确率百分之八十七，超过指标要求的百分之八十。功耗评估跳出来：五十三毫瓦。

　　"压。"金复来说。

　　他把特征提取模块从并行改成时分复用——用一组乘法器轮流算五个频段的功率值。算力降了，但功耗也降了。跑到五十一点五。

　　"再压。"

　　他把串口波特率从115200降到9600，串口模块需要的工作时钟频率也跟着降下来了。时钟一降，整个模块的信号翻转次数就少了，动态功耗自然就能省下来。功耗掉到四十九点八。

　　"过了。"吴越说。

　　"过了。"金复来重复。

　　六点半，金复来导出GDSII文件。葛家瑾确认测试板文件无误。吴越整理完第一版文档。金复来检查了三遍工艺参数：180nm，2.42mm?，QFN32，配送地址9号楼247室。

　　"提交吧。"葛家瑾说。

　　金复来点了"确认下单"。页面跳转："订单已提交，正在排入极速版队列。预计直写开始时间：15分钟后。"

　　“走吧。”葛家瑾说，“明天早上八点收货，你今天先回去休息。测试板我也差不多了。”

　　吴越把手册合上，装进书包里。金复来保存了最后一次功耗报告，关了电脑。

　　“明天早上八点，247见。”

　　金复来点了一下头。他走上楼梯的时候口袋里的手机屏幕朝外，没有新消息。

　　那天晚上他睡得不算早，十一点多才躺下。他躺在床上看着天花板，脑子里过了一遍今天写的代码、跑的仿真、出的结果。明天早上芯片就到了。如果一切顺利，第一次就过。

　　他不喜欢“如果”。

　　他翻了个身，窗外的蝉还在叫。武汉七月的夜没有完全静下来，虫鸣和远处偶尔的车声混在一起，成了一层细密的底噪。他在那层底噪里慢慢睡着了。

　　第二天早上七点半，金复来推开247室的门。

　　吴越已经到了，坐在靠墙的位置，面前摊着佳立创的下单手册——虽然他已经翻过很多遍了，但他还是在等收货前又看了一遍。葛家瑾推门进来的时候手里拎着三份早餐，放在桌上，没说话。

　　三个人坐在各自的位置上，没有人开电脑。窗户开着一条缝，早晨的风从外面灌进来，带着梧桐叶和泥土的气味。

　　八点零三分，无人机的声音从远处传来。葛家瑾站起来走到窗边，推开窗户，取下密封舱，撕开静电袋，取出芯片，放进测试座。

　　“上电。”

　　吴越打开电源。金复来对着MIC说：“开灯。”

　　终端没有任何输出。

　　他又说了一遍："开灯。"

　　没有输出。

　　"关灯。"

　　没有输出。

　　金复来把五个词全部说了一遍。终端屏幕上只有一行"开始测试"的提示符，后面什么都没有。

　　葛家瑾第一个动作是检查测试座。他把芯片取出来重新放了一次，压杆按到底，确认引脚接触良好。"座子没问题。"

　　"串口呢？"吴越问。

　　他把探头接到串口引脚上，示波器有信号跳变。"芯片在往外发东西，但终端收不到有效数据。"

　　"波特率对不对？"金复来说。

　　吴越检查了终端的串口配置：115200，8N1，和代码里写的一样。"对的。"

　　"那就不是串口的问题。"

　　葛家瑾把测试板上的电源线重新插了一遍，用万用表测了一遍供电电压。3.3V，稳定。"电源没问题。"

　　"时钟呢？"金复来问。

　　葛家瑾把示波器探头移到时钟引脚上。25MHz晶振起振正常，波形干净，频率稳定。"时钟好的。"

　　三个人互相看了一眼。电源、时钟、串口、物理连接，都正常。芯片在工作，但输出不对。

　　"把输入端接上示波器。"金复来说。

　　葛家瑾把探头移到MIC输入引脚。金复来对着MIC说："开灯。"

　　屏幕上出现了一段波形。看起来是语音信号，有起伏，有节奏，但和仿真时见过的完全不一样。

　　"波形是有的。"葛家瑾说。

　　"但不对。"金复来盯着屏幕，"你放大看看。"

　　葛家瑾调整了示波器的时基，把波形展开。金复来凑近了看，指着其中一个上升沿："这个斜率不对。仿真里这个沿应该是陡的，现在是圆的。"

　　"什么意思？"

　　"输入信号的形状变了。"

　　金复来打开电脑，调出备赛期间跑仿真时用的测试激励文件。那是他从训练集里提取的一段"开灯"语音，经过量化后变成的数字波形。他把那段波形调出来，和现在示波器上看到的波形放在一起对比。

　　"你看这里。"他指着两段波形上相同的位置，"仿真的信号在300Hz附近有一个很强的能量尖峰，实际信号这个尖峰不见了，变成了一团平的东西。"

　　"能量被衰减了？"葛家瑾说。

　　"不是衰减，是被淹没了。"金复来把示波器切换到FFT模式，显示频谱。"你看高频段。训练信号的高频几乎是干净的，实际信号高频段全是噪底。"

　　"底噪从哪里来的？"

　　金复来没有马上回答。他拿起手机看了一眼——刚才录的走廊环境音还停在录音软件的播放列表里。他点开那段录音，看了一下波形，又关了。

　　他拿起另一个手机——用来录训练集的那台，型号旧一些。他在宿舍里录过五组关键词，每组十遍，一共五十个文件。

　　"我们训练的时候用的是这台手机。"他说。

　　"对。"

　　"手机录音默认开了AI降噪。"

　　吴越愣住了。他打开手机设置，翻到录音应用的功能说明，看了一会儿，抬起头："……默认开启。自动处理语音，优化清晰度，降低背景噪音。"

　　"所以训练集里的'开灯'，是经过降噪的版本。高频被切掉了，背景被过滤了，只剩人声。芯片学到的是那个版本。"

　　他让示波器同时显示两段波形。训练集的波形在高频段是干净的，像被刀切过一样利落。实际麦克风采集到的原始波形，高频段布满了细碎的毛刺——走廊里的声音、窗外蝉鸣的泛音、墙壁反射的回声。芯片不认识这些毛刺。

　　"芯片没有收到它学过的那个信号。"金复来说。

　　三个人安静了很久。示波器屏幕上两段波形叠在一起，一个是干净的，一个是嘈杂的。看起来像同一句话，但频谱上差了一个滤波器的距离。

　　"能解决吗？"葛家瑾问。

　　"能。"

　　金复来打开代码编辑器，新建了一个模块："在特征提取之前加一个低通滤波器。把1kHz以上的东西切掉，把训练集里没有的那些噪声滤掉，只剩下人声。"

　　"功耗会增加。"吴越说。

　　"会。"

　　"先加。"葛家瑾说。

　　金复来开始写代码。窗外有蝉在叫，声音从梧桐叶之间穿进来，在247室的空气里微微震动。他没有抬头。

　　显示器上的代码一行一行地长出来，像一条正在被铺设的电路。