引言
智慧边海空防是国家安全体系的重要组成部分，它借助现代信息技术，实现对边海空防区域的全天候、全方位、智能化感知、监控、预警和处置。在这一宏大的系统工程中，各类感知设备、无人平台、通信节点等扮演着关键角色。这些设备往往部署在环境复杂、供电困难、维护不便的偏远地区或恶劣环境中，对能源供应的依赖性和敏感性极高。低功耗芯片，作为这些智能设备的“心脏”，以其卓越的能效比，成为了推动智慧边海空防实现“智慧赋能”与“技术革新”的核心驱动力之一。本文将聚焦于低功耗芯片在智慧边海空防中的应用，探讨其重要性、关键应用场景、面临的挑战及未来趋势。
                                      

1. 智慧边海空防与低功耗芯片：概述与重要性
智慧边海空防旨在通过智能化手段提升防卫效能，其核心在于构建一个集信息采集、传输、处理、分析和决策于一体的综合系统。在这个系统中，大量的前端感知设备需要长时间、稳定地工作，以提供持续的情报信息。
1.1 智慧边海空防的内涵与技术需求
智慧边海空防强调“智慧”二字，即通过人工智能、大数据、物联网、云计算等技术，实现对边海空情的智能判断、精准预警和高效处置。这要求部署在边海空防一线的设备具备高度的自主性、可靠性和环境适应性。特别是在能源供应方面，传统的有线供电在广袤复杂的边海空防区域难以大规模部署，而频繁更换电池不仅维护成本高昂，还可能因维护不及时造成监控盲区，给国家安全带来隐患。因此，对低功耗、长续航技术的需求极为迫切。
1.2 低功耗芯片的定义与核心优势
低功耗芯片指的是在完成特定计算和控制功能的前提下，能够显著降低能源消耗的集成电路。与传统高性能芯片追求极致运算速度不同，低功耗芯片在设计理念上更侧重于能效比的优化。其核心优势主要体现在：
延长设备续航时间：这是低功耗芯片最直接的优势。在采用电池供电的边海空防感知节点、便携式监测设备等应用中，低功耗芯片能大幅延长设备的工作时间，减少更换电池的频率。
降低维护成本与难度：设备续航时间的延长意味着维护人员无需频繁深入偏远或危险区域进行电池更换，从而降低了人力成本和运维风险。
提升系统可靠性与持续性：减少了因供电问题导致的设备宕机时间，确保了边海空情监测的连续性和数据采集的完整性，提升了整个智慧边海空防系统的可靠性。
支持灵活部署：低功耗特性使得设备对供电方式的要求降低，可以更灵活地采用太阳能、风能等可再生能源辅助供电，甚至在某些情况下实现完全的能源自给，从而扩大了智慧感知设备的部署范围和场景适应性。

2. 低功耗芯片在智慧边海空防中的关键应用场景
低功耗芯片凭借其独特的优势，在智慧边海空防的多个关键环节和应用场景中发挥着不可替代的作用。
2.1 感知层：各类监测传感器的“心脏”
感知层是智慧边海空防系统获取信息的“触角”，包括振动传感器、声音传感器、红外传感器、温湿度传感器、气体传感器、磁传感器、摄像头（特别是低功耗摄像头模块）等。
2.1.1 分布式传感器网络：在边境线、海岸线、重要空域周边，会部署大量分布式传感器节点，形成密集的监测网络。这些节点通常体积小巧，依靠电池或微型太阳能板供电。低功耗微控制器（MCU）和低功耗通信芯片（如基于LoRa、NB-IoT、Sigfox等技术的芯片）是构成这些节点的核心。它们负责数据的采集、初步处理和低速率、远距离传输，确保传感器网络能够长期稳定运行。
2.1.2 智能周界防范系统：在重要军事设施、口岸、敏感区域的周界防范中，低功耗红外对射传感器、振动光纤传感器的信号处理单元也依赖低功耗芯片，实现对非法入侵行为的精准探测和低功耗报警。
2.2 无人系统：提升续航与任务半径的核心
无人机、无人船、无人车等无人系统在智慧边海空防中承担着巡逻侦察、目标跟踪、通信中继等重要任务。
2.2.1 微型侦察无人机/无人船：这类无人平台通常体积较小，载荷有限，对能源的携带量也有限。其飞行控制系统、导航定位模块、任务载荷（如小型相机、通信模块）中的芯片功耗直接影响其续航时间和任务半径。低功耗的处理器、传感器接口芯片和电源管理芯片是提升其作战效能的关键。
2.2.2 自主值守无人平台：一些用于长期定点监测或值守的无人平台，同样需要低功耗芯片来管理其休眠、唤醒、数据处理和上报等功能，以最大化利用有限的能源储备。
2.3 通信中继与节点：构建持久的信息链路
在地形复杂、信号遮挡严重的边海空防区域，常常需要部署临时或永久性的通信中继节点，以确保信息的顺畅传递。
2.3.1 低功耗广域网（LPWAN）网关：LPWAN网关负责汇聚大量低功耗传感器节点的数据，并将其转发至云端或指挥中心。网关本身也可能部署在无电网覆盖区域，因此其核心处理和通信芯片的功耗控制至关重要，以支持太阳能等绿色能源供电下的长期稳定工作。
2.3.2 便携式应急通信设备：供边防、海防、空防人员使用的便携式应急通信电台、北斗终端等设备，也需要低功耗芯片来延长电池使用时间，确保在脱离后勤保障的情况下仍能保持通信畅通。

3. 智慧边海空防中低功耗芯片面临的挑战与未来趋势
尽管低功耗芯片优势显著，但在智慧边海空防的特殊应用环境下，仍面临一些挑战，同时也展现出明确的发展趋势。
3.1 当前面临的主要挑战
3.1.1 性能与功耗的平衡：边海空防的智能化需求不断提升，对芯片的处理能力、集成功能（如AI加速、多种通信协议支持）提出了更高要求。如何在提升性能的同时保持甚至降低功耗，是芯片设计的核心难题。
3.1.2 极端环境适应性：边海空防设备可能面临高温、严寒、高湿、高盐雾、强电磁干扰等极端环境。低功耗芯片需要具备良好的环境耐受性和可靠性，确保在恶劣条件下稳定工作。
3.1.3 安全性要求：边海空防系统涉及国家机密，其数据传输和处理的安全性至关重要。低功耗芯片需要在硬件层面考虑安全性设计，如集成加密模块、安全启动等功能，防止数据泄露和设备被恶意控制。
3.1.4 成本与供应链考量：在保证性能、功耗和安全性的前提下，控制芯片成本，并确保供应链的稳定可靠，对于大规模部署边海空防设备也非常重要。
3.2 未来发展趋势与技术革新方向
3.2.1 制程工艺与新材料应用：随着半导体工艺的不断进步，更小制程（如FinFET、GAA等）的芯片将进一步降低功耗。同时，新材料如氧化镓（GaO）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料在射频和功率管理芯片中的应用，也将提升能效。
3.2.2 智能化电源管理：更智能、更精细化的电源管理技术，如动态电压频率调节（DVFS）、多电源域管理、亚阈值电路设计等，将被更广泛应用于低功耗芯片，实现“按需供电”。
3.2.3 异构计算与专用加速器集成：针对边海空防感知设备中日益增长的AI推理需求（如图像识别、异常行为检测），在低功耗芯片中集成专用的AI加速器（如NPU），采用异构计算架构，可在低功耗条件下高效完成特定AI任务。
3.2.4 超低功耗通信技术融合：未来的低功耗芯片将更好地融合多种低功耗无线通信协议，支持设备在不同场景下灵活切换通信方式，优化通信功耗，并提升抗干扰能力和通信距离。
3.2.5 能量 harvesting（能量收集）技术协同：低功耗芯片将与微型能量收集技术（如太阳能、振动能、温差能收集）更紧密地结合，实现设备的长期自供能，进一步减少对传统电池的依赖。

结语
低功耗芯片作为智慧边海空防系统中不可或缺的关键技术基石，以其卓越的能效特性，为各类感知设备、无人系统和通信节点的长续航、低维护、广域部署提供了有力支撑。它不仅直接关系到智慧边海空防系统的感知灵敏度、监测持续性和运行可靠性，更是推动边海空防建设向智能化、无人化、网络化方向发展的重要“智慧赋能”要素和“技术革新”引擎。面对未来更复杂的安全形势和更智能的应用需求，低功耗芯片将在制程工艺、材料创新、智能电源管理、AI加速以及与能量收集技术的融合等方面持续突破，为筑牢国家安全的智慧屏障贡献更大力量。

文、图作者：龙瀛
作者简介：男，广西灵川人，中共党员，复旦大学硕士，比较文学与世界文学专业。现任昆明学院人文学院讲师、昆明学院智慧边海空防建设项目评估研究所所长。主要研究方向为智慧边海空防协同创新。社会兼职：中国自动化学会工业控制系统信息安全专业委员会委员。

来源: 迷彩视线